聚合物基有机长余辉发光材料由于其独特的激发态性质、良好的成膜性和柔韧性等优势在近年来受到了广泛关注，并且在光电器件、生物成像、化学传感、信息加密和高级防伪等领域展示出广阔的应用前景。为了进一步促进有机长余辉发光材料的理论发展和应用研究，迫切需要发展具有多维度可调谐固态发光性质的聚合物基有机长余辉发光材料。
深圳大学材料学院助理教授熊玉前期在聚合物基超长有机室温磷光材料的发光机理和应用研究方面开展了系统深入的研究工作（Adv. Funct. Mater.2022,32,2208895;Mater. Horiz.2022,9, 1081-1088;Adv. Funct. Mater.2021,31,2101656）。近日，该团队在聚合物基有机长余辉发光材料领域取得重要研究进展，在《先进材料》杂志发表了题为“Achieving Tunable Organic Afterglow and UV Irradiation-Responsive Ultralong Room-Temperature Phosphorescence from Pyridine-Substituted Triphenylamine Derivatives”的研究论文。该论文中设计了一系列吡啶取代三苯胺衍生物，并通过物理共混法将其分别掺杂到聚合物基质聚乙烯醇（PVA）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中，成功获得了具有超长发光寿命、可调谐长余辉以及对紫外辐射具有可逆响应特性的聚合物基有机长余辉发光材料（图1）。深圳大学材料学院熊玉助理教授和香港中文大学（深圳）唐本忠院士为论文共同通讯作者，材料学院硕士研究生熊胜德为论文第一作者，深圳大学为第一完成单位。该工作得到了深圳大学材料学院王东特聘教授的重要指导以及王德亮博士、陈可瑶和潘镱文同学提供的帮助。
图1.客体发光分子的结构式以及掺杂PVA和PMMA薄膜的发光性质
该研究中通过将吡啶取代三苯胺客体发光分子掺杂到聚合物基质PVA和PMMA中，成功获得了一系列具有超长发光寿命、多色长余辉和紫外光照射响应特性的聚合物基长余辉发光材料。对于掺杂PVA体系而言，客体发光分子所含的吡啶基团可以与PVA形成分子间氢键作用，有效抑制非辐射跃迁过程，从而促进超长室温磷光发射（寿命长达798.4 ms，量子产率高达15.2%）。此外，基于磷光共振能量转移策略，罗丹明B共掺杂PVA薄膜实现了多彩长余辉发光。对于掺杂PMMA体系而言，由于吡啶基团无法与PMMA之间形成较强的非共价相互作用，并且空气中的氧气易于扩散到PMMA薄膜中，从而导致客体发光分子的三线态激子被淬灭。因此，掺杂PMMA薄膜均无室温磷光发光性质。当掺杂PMMA薄膜经过持续紫外光照射后，可以发出明亮的绿色磷光；而当激活之后的掺杂薄膜在空气中暴露大约5分钟，其绿色磷光会被完全淬灭，需要再次经过持续紫外光照射进行激活，并且经过多次可逆循环响应后仍能保持明亮的绿色长余辉发光。最后，通过设计多种加密模式，展示了这些具有超长发光寿命、多色长余辉以及紫外光照射激活室温磷光发光特性的掺杂PVA和PMMA薄膜在先进防伪和信息加密技术中的应用前景（图2）。该研究对发展具有可调谐固态发光性质的聚合物基有机长余辉发光材料具有重要的指导意义。
图2.掺杂PVA和PMMA薄膜应用研究
项目支持：该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金和深圳市基础研究计划项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202301874
材料学院
2023年5月31日
