首页 > 行业资讯 > 北京大学阎云研究员 CEJ：通过静电密织网络限制聚集体的生长实现稳定单分子白色荧光

北京大学阎云研究员 CEJ：通过静电密织网络限制聚集体的生长实现稳定单分子白色荧光

时间：2023-02-06 来源：浏览：

北京大学阎云研究员 CEJ：通过静电密织网络限制聚集体的生长实现稳定单分子白色荧光

原创化学与材料科学化学与材料科学

化学与材料科学

微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#单分子白色发光 2 个

#固相自组装 2 个

#静电密织网络 2 个

点击蓝字关注我们

白光发射材料在显示和照明中具有重要的应用。传统方法主要通过红 - 绿 - 蓝三色或者蓝 - 黄两色组合得到发射白光的器件，由于不同颜色材料的老化速率不同，会导致发光颜色不均匀和不稳定问题的出现。由于这些问题的存在，单分子白光材料由于无相分离、稳定保色和器件制造简单等优点而受到了广泛的关注。

一种重要的获得单分子白光的方法是利用分子的单体和聚集体发出强度相当的蓝色和黄色荧光，二者互补产生白光。在溶液中，由于聚集体在容易继续长大，使得单体发光和聚集体发光强度不再匹配，难以获得稳定的白光。近日，北京大学黄建滨 - 阎云团队在该领域取得重要进展。他们利用静电密织网络将初始的单体和聚集体锁定在固体中，从而限制分子聚集体的生长，实现了非常稳定的单分子白色荧光，相关研究成果以标题为 “ Robust Single Molecular White Fluorescence Facilitated by Blocking Aggregate Growth in Densely-Woven Solid Polymeric Network ” 发表在 Chemical Engineering Journal 。

文章要点：

（ 1 ）单分子白光染料的选择及其在溶液中的白光：荧光染料 Y5 在良溶剂中发出蓝色荧光，加入不良溶剂水之后荧光颜色逐渐变成黄色。将 Y5 的蓝色荧光和黄色荧光转换为 CIE 坐标可以发现，其坐标位置恰好位于标准白光 (0.33, 0.33) 两端，即 Y5 具有实现单分子白光的可能。然而，由于不良溶剂存在下 Y5 的聚集体持续长大，在溶液中很难获得稳定白光。类似的，即使采用挥发溶剂法，溶剂挥发过程中 Y5 聚集体的长大也难以控制，同样很难得到白色荧光。

图 1. Y5 分子结构式及其发光特性

（ 2 ）通过静电密织网络在固相中实现单分子白色发光：借助阎云研究员最近提出的固相分子自组装方法，研究人员事先将 Y5 的 NMP 溶液预先加入带负电的聚丙烯酰胺（ APAM ）溶液中，再向其中加入带正电的聚六亚甲基双胍盐酸盐（ PHMB ）水溶液，使得 APAM 与 PHMB 的电荷比为 1:1 ，制得白色沉淀。在压力作用下， PHMB 与 APAM 在沉淀中电荷充分匹配，形成半透明的致密的静电密织网络， Y5 的单体和聚集体被限域其中。由于单体向聚集体的转变被阻断，当初始溶液中 Y5 浓度合适时，即可在静电密织网中获得稳定的白光，其 CIE 坐标为 (0.33, 0.38) ，发光效率达 26.64% 。

图 2. APAM-PHMB@Y5 制备方法和单分子白色荧光

（ 3 ） Y5 单分子白光的理论机制： Y5 存在具有分子内氢键和无分子内氢键两种稳定的构象。在良溶剂中， Y5 存在分子内氢键，亚胺基团两侧基团所在平面互相垂直，左侧发光基团的 HOMO 和 LUMO 能级差很大。在不良溶剂中， Y5 分子内氢键消失，分子平面化增强，分子的 HOMO 和 LUMO 能级差缩小，发光红移。由于平面化增强， Y5 发生剧烈聚集，发光进一步红移。而在静电密织网中，由于 Y5 分子的聚集被阻断，有无分子内氢键的 Y5 分子比例不再变化，最终获得白色荧光。

图 3. 理论模拟 Y5 的两种分子构象

（ 4 ）单分子白光的稳定性：研究人员发现， APAM-PHMB 静电密织网络不仅能够抑制 Y5 的聚集，锁定其在溶液中的初始构象及他们的比例，还表现出优异的湿度、温度、有机溶剂耐受性，使得静电密织网中 Y5 的白光在上述条件下超级稳定，甚至当把该网络浸泡在水中时， Y5 分子也不泄露或水化，依然保持稳定的白色发光，为水下照明提供了可能。