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華東理工大學(xué)馬驤課題組:一種從天然木質(zhì)素中獲得有機(jī)室溫磷光的簡單綠色策略

來源:中國科學(xué)化學(xué)      2022-05-20
導(dǎo)讀:華東理工大學(xué)馬驤課題組通過將經(jīng)乙醇提取后的堿木質(zhì)素(LA-H)摻雜到聚乙烯醇(PVA)中,無需復(fù)雜的合成步驟即獲得了激發(fā)波長依賴的顏色可調(diào)室溫磷光(RTP)發(fā)射。研究表明,LA-H磷光發(fā)射的來源于木質(zhì)素水解后形成的含酚氧負(fù)離子的寡聚片段,在紫外光的照射下這些水解的片段在PVA薄膜中顯示出肉眼可分辨的長壽命發(fā)光現(xiàn)象。另外,PVA聚合物氫鍵網(wǎng)絡(luò)賦予了LA-H磷光發(fā)射的濕度響應(yīng),為功能性純有機(jī)RTP材料提供了大規(guī)模、低成本和綠色制備的新途徑。

木質(zhì)素是一種自然界中含量豐富的可再生生物質(zhì)原料,之前關(guān)于木質(zhì)素發(fā)光性能的報導(dǎo)多集中在熒光領(lǐng)域,基于木質(zhì)素RTP的報道不多,且目前關(guān)于木質(zhì)素材料的發(fā)光性能研究僅包含其發(fā)光現(xiàn)象和應(yīng)用,而由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性其具體的發(fā)光機(jī)理卻并未被深入研究。

受木質(zhì)素?zé)晒獍l(fā)射的啟發(fā),馬驤課題組通過將LA-H摻雜至PVA中形成柔性薄膜(LA-H@PVA),以簡便的方式制備了木質(zhì)素余暉材料(圖1)。PVA基質(zhì)中豐富的氫鍵網(wǎng)絡(luò)可以有效地分散和固定LA-H,充分抑制了聚集誘導(dǎo)磷光猝滅以及激發(fā)三線態(tài)的非輻射躍遷過程。LA-H@PVA表現(xiàn)出依賴于激發(fā)波長的室溫磷光發(fā)射特性,通過改變激發(fā)波長進(jìn)行簡單的調(diào)控實現(xiàn)了多色(從藍(lán)色到綠色,再到黃綠色)室溫磷光發(fā)射(圖2)。

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基于木質(zhì)素的聚合物室溫磷光發(fā)射示意圖
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2aLA-H@PVA歸一化的光譜;(bLA@PVALA-H@PVA的磷光壽命;不同激發(fā)波長時LA-H@PVA的(c)磷光光譜和(dCIE坐標(biāo)圖

通過對乙醇提取木質(zhì)素前后的發(fā)光性能差異進(jìn)行分析,選取和木質(zhì)素代表性結(jié)構(gòu)類似的化合物愈創(chuàng)木酚基甘油-β-愈創(chuàng)木基丙醚(YCM)作為研究對象(圖3),實驗數(shù)據(jù)及理論計算研究表明:含有大量酚氧負(fù)離子的水解木質(zhì)素小片段是有效的發(fā)光物質(zhì)。此外,在體系中加入HI促進(jìn)木質(zhì)素水解后,LA-H的收率從9.2%提高到38.4%。

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3 堿化的YCM發(fā)光性能及能級計算
考慮到木質(zhì)素水解在酶工程領(lǐng)域的迅速發(fā)展,這項工作的研究結(jié)果可能會拓寬為大規(guī)模制備低成本、可持續(xù)的RTP材料提供了新思路。詳見:Liu R, Jiang T, Liu D, Ma X. A facile and green strategy to obtain organic room-temperature phosphorescence from natural lignin. Sci. China Chem., 2022, 65, https://doi.org/10.1007/s11426-022-1228-0

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