可用于防伪或信息加密领域，科学家实现高对比度的固态光致荧光变色

来源：DeepTech深科技 　2023-02-05 14:26:54


【资料图】

当下，分子荧光材料已经广泛存在人类日常之中，例如现在的高清 OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光半导体）电视、以及 iPhone 等智能手机的屏幕，均有使用有机发光材料。
另一方面，在生物成像和疾病诊断中，分子荧光材料也起着举足轻重的作用。凭借研究绿色荧光蛋白（一种重要的细胞示踪探针），美籍华裔生物化学家钱永健先生和美国科学家马丁·查尔菲（）以及日本科学家，共同获得了 2008 年诺贝尔奖化学奖。
近年来，中科院院士发现的聚集诱导发光材料、以及日本科学家安达千波矢发现的热激活延迟荧光材料，又将这一领域激发出了新的活力。
一般来说，调控荧光分子材料的发光波长和颜色，对于不同应用来说都有着重要意义。就小分子来说，常用方法是通过合成不同的推拉电子结构，来调控分子内电荷转移的过程，借此得到不同发光波长和颜色。
而对于高分子材料来说，由于其复杂的聚集结构和链间电荷转移的双重作用，要想实现固态荧光的高效调控，则更加具有挑战性。
使用此前学界常用的方法，比较难以实现系统性的调节。而在最近，基于电荷转移的发光聚合物逐渐进入大众视野。在这类聚合物的研究中，一般通过将两种经过特殊设计的单体进行共聚（一种作为电子供体、另一种作为电子受体），然后调节单体结构来控制聚合物的发光性质。
尽管借此方法可以得到高亮度的固态发光高分子，但是其对于有机合成的要求较高，因此该方法一般用来开发 OLED 中的发光层材料。
苏黎世联邦理工学院博士和团队考虑的是：能否把电荷转移作为一种通用的系统性策略来调控发光聚合物的波长和颜色，并且规避复杂的有机合成，从而探索更为广泛的应用可能性？
图 | 鲍寅寅（来源：）
他说：“我们在之前的工作中已经发现，在聚合物链中供体和受体基团其实并不需要在化学结构上相互靠近，这意味着电荷转移发光聚合物的结构可以设计得更具灵活性。”
在最近的研究中，他和团队仅通过调节单一聚合物的链长，就能实现固态聚合物从黄光到蓝光的变化。为将这一方法发展为更具普遍性的工具，以及借此探索不同于前人的应用，他们透过萘二酰亚胺引发了电子供体型多环芳烃单体与苯乙烯的共聚，实现了从蓝光到红光的高效连续调控，并展示了这一体系在设计新型响应型材料中的潜力。
近日，相关论文以《机器学习辅助开发基于电荷转移的全彩发射多功能聚合物体系》（）为题发在 Chem上[2]，叶穗莹是第一作者，担任通讯作者。
图 | 相关论文（来源：Chem）
据介绍，这一设计策略在不同领域都有一定的应用潜力，例如能用于有机光电器件、生物成像以及防伪或信息加密。“尤其在防伪或信息加密领域，我觉得应用的概率更大，因为它的开发周期更短。”表示。
（来源：Chem）
他继续说道：“此次在 Chem 上发表的论文，与之前发在 Sci Adv上的论文属于同一个课题，这一系列工作的跨度也比较长。”2016 年底，还在做博后研究，当时他无意间发现了一个不同寻常的荧光现象，不过彼时正在忙另一个 3D 打印项目，也就没能集中精力研究该现象。
晋升为 Group Leader 后，他招到了第一位硕士研究生，并让后者专门负责上述课题，后于 2019 年申请到基金支持。
对于聚合物电荷转移发光这一现象，此前学界尚未出现相关的报道。课题组探索了很久，才推测出可能是沿聚合物链遥距的端基和链中点基团的电荷转移导致了这种现象。
（来源：Chem）
说：“一开始我们以为荧光团之间的相互作用导致的，后来经人介绍认识了澳洲墨尔本皇家理工大学的 教授，通过理论计算进一步验证了假设。然后，又看到中科院应化所课题组一篇关于电荷转移发光聚合物的论文，直到这时才算完全确认了机理。”
2019 年下旬，招收到第一个博士研究生叶穗莹（也就是本次论文的第一作者），后于 2020 年初采集到主要数据。新冠疫情期间，他们开始准备论文。当时瑞士封城 2 个月，于是就把时间主要用于修改论文。
“在瑞士封城期间准备论文，心里还是很担心的，因为不知道到底要封多久，到底还能不能去实验室。后来发现，其实那段时间的效率很高，我基本上是晚上工作，白天陪小孩玩和做饭，然后随时随地和学生在线上讨论论文修改。最后甚至觉得那段时光过去得太快，可能有的经历人的一生也就那么一次吧。”说。
接下来，他们打算进一步拓宽本次策略的结构范围，目前也在和其他课题组合作以探索新的应用可能，比如用于制备光电器件和响应性材料等。

参考资料：

1.Sci. Adv. 2021, 7, eabd1794

2.Ye, S., Meftahi, N., Lyskov, I., Tian, T., Whitfield, R., Kumar, S., ... & Bao, Y. (2023). Machine learning-assisted exploration of a versatile polymer platform with charge transfer-dependent full-color emission. Chem.

关键词： 电荷转移 信息加密 第一作者

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