近日，我校材料学院彭锋教授团队在半纤维素室温磷光研究的基础上，创新性地提出限域调制簇聚诱导发光策略构建半纤维素时间依赖性变色磷光（TDPC）材料，充分挖掘半纤维素非典型发光体的高效簇聚诱导磷光潜力，引起了领域内的高度关注。相关成果以“木聚糖碳化聚合物点的限域调制簇聚诱导时间依赖性变色磷光（Confinement-modulated clusterization-triggered time-dependent phosphorescence color from xylan-carbonized polymer dots）”为题发表于化学领域顶级期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society，简称JACS）。

在信息加密、三维显示和多路成像领域，相比于目前大多数静态有机室温磷光材料，随延迟时间动态变色的磷光材料展现出显著的优势，具有广阔的应用潜力。然而，TDPC材料的探索尚处于初步阶段，仅有少量成功的案例，且目前报道的有机TDPC材料普遍存在合成繁琐、稳定性差等问题，其构造策略和发光机理仍是领域内难题。

图1基于限域调制簇聚诱导发光策略制备具有TDPC性能的CMX-CPDs

针对以上挑战，我校材料学院彭锋教授团队在率先发现半纤维素室温磷光的基础上（Cell Rep. Phys. Sci. 2022, 3, 101015，Nature期刊亮点报道），以羧甲基化改性木聚糖类半纤维素(CMX)为原料，通过乙二胺交联进一步将木聚糖转化为具有分级壳核结构的碳化聚合物点（CPDs），将木聚糖碳化聚合物点（CMX-CPDs）限域于二氧化硅中（CMX-CPDs@SiO₂）调制其簇聚诱导发光性质，与氧元素相关的壳结构继承了木聚糖的绿色磷光中心，与氮元素相关的交联核结构则在限域环境中产生了新的高能蓝色磷光中心，两种磷光寿命不同的发光中心共存，最终产生了高对比度TDPC现象，余辉颜色随时间从蓝色转变到蓝绿色再到绿色，磷光波长位移超80nm。这项工作在首次发现了半纤维素材料能发磷光后，进一步证明了半纤维素在构建变色磷光材料时具有的独特优势。

无基质CMX-CPDs在环境条件下发出较为微弱的黄绿色磷光余辉，持续时间大约为3s，没有明显的TPDC特征。相比较之下，CMX-CPDs@SiO₂展现出明亮的磷光余辉，持续时间大于13s，并且其展现双磷光峰特征，在发光波长425nm处出现了一个新的蓝色磷光中心。CMX-CPDs@SiO₂具有明显的TDPC性能，短寿命但磷光强度高的蓝色磷光中心起初对磷光颜色占主导地位，随着时间的推移，长寿命但磷光强度低的绿色发光中心逐渐占主导地位，引起典型的TDPC现象。CMX-CPDs@SiO₂在水环境中也能发出磷光，在水中浸泡一个月后，磷光强度和持续时间基本保持不变，说明CMX-CPDs@SiO₂具有长久稳定性。

图2 CMX-CPDs和CMX-CPDs@SiO₂的光学性质

鉴于其优异的TPDC性能和水稳定性，将CMX-CPDs@SiO₂掺入水凝胶中，可用于监测水凝胶装置形变，并有望赋予水凝胶基软体致动器、机器人智能响应能力。同时，TDPC材料可以提供额外的信息通道，增强信息的加载能力，提高信息加密和防伪的安全等级。这项工作为动态发光材料的构建提供了新思路，在半纤维素高值化利用的结构及改性方面提供了新思考。

图3 CMX-CPDs@SiO₂的应用示例

我校材料学院硕士研究生史美超为第一作者，青年教师吕保中和彭锋教授为共同通讯作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金（32225034）等项目的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07034