ChemPhotoChem: 嵌段共聚物自组装构筑室温余辉纳米结构

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有机室温余辉材料发光寿命可长达数百毫秒甚至几秒,这种独特的发光性质使其在生物医学领域具有应用前景。近日,中国科学院上海有机化学研究所张卡卡课题组成功实现了一种尺寸形貌可控、余辉机制丰富的有机余辉纳米材料。通过嵌段共聚物自组装和掺杂策略,在室温下制备了具有球状和蠕虫形貌的有机余辉纳米材料。



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图1 嵌段共聚物自组装制备室温余辉纳米结构

该制备方法基于双组分设计策略,第一组分是疏水性发光分子(spiroBF2和phOMeADT),其具有较小的磷光衰减或中等反系间窜越速率常数。第二组分是两亲性嵌段共聚物(PEG-b-PMMA),其可形成球状或蠕虫状胶束。在含有这两种成分的二甲基甲酰胺溶液中加入水后,两亲性嵌段共聚物会自组装成结构明确的纳米结构,并在纳米结构的疏水核中容纳疏水性的发光分子。通过透析转换到纯水后,玻璃态的疏水核对有机三线态激发态具有充分的保护作用,因此能够得到具有长寿命的室温余辉纳米材料。

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图2 嵌段共聚物及发光分子结构

使用spiroBF2作为发光分子时,其在光激发后,可通过各种系间窜越通道进入三线态激发态,PEG-b-PMMA胶束的玻璃态核区为其提供刚性微环境,该纳米结构展现室温磷光机理,寿命可达1秒。在phOMeADT体系,由于中等的反系间窜越速率常数,得到的纳米结构呈现热激活延迟荧光TADF型有机余辉机制,寿命为数百毫秒。

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图3 球状以及蠕虫形貌的纳米材料的动态光散射和透射电镜照片


随着PMMA的分子量的增加,自组装体系的形貌从球形胶束转变为蠕虫状胶束,蠕虫形貌的有机余辉材料未见文献报道。

上述工作为有机余辉材料微型化提供了一种全新途径,双组分余辉材料设计策略和嵌段共聚物自组装的结合将衍生出多种形貌均一、结构规整、理化性质可调的有机余辉纳米结构,为余辉材料在生物医学领域的应用提供基础。

文信息

Room-Temperature Afterglow Nanostructures via Block Copolymer Self-Assembly

Yue Zhang, Xiuzheng Chen, Tengyue Wang, Zhe Mo, Guangming Wang, Haodong Li,  Kaka Zhang.

通讯作者是中国科学院上海有机化学研究所张卡卡研究员,中国科学院上海有机化学研究所硕士研究生张月和陈修政为共同第一作者。


ChemPhotoChem

DOI: 10.1002/cptc.202400113

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