材料科学与工程学院李光课题组在聚丙烯酰胺基室温磷光材料研究方面取得进展

　　纯有机室温磷光材料在光电器件、生物成像、信息加密、防伪等领域展现出极大应用价值。相对于有机小分子，聚合物具有更加优良的柔韧性、延伸性、可加工性及易于制成器件的特点使其在制备有机室温磷光材料方面展现出优势。然而，具有超长寿命且发光颜色可调的聚合物基室温磷光材料的制备研究依然面临挑战。

　　近日，材料科学与工程学院李光课题组在 Chemical Engineering Journal （中科院1区、TOP期刊，2022年最新影响因子为16.744）发表了题为《 Efficient ultralong and color-tunable room-temperature phosphorescence from polyacrylamide platform by introducing sulfanilic acid 》的研究论文，分别通过掺杂法和共聚法制备了含有苯磺酸的聚丙烯酰胺基超长寿命室温磷光材料，探究了制备方法不同对室温磷光材料发光性能的影响，揭示了聚丙烯酰胺共聚物基室温磷光材料随激发波长改变实现发光颜色可调的机理。

　　由于具有丰富的酰胺基团，聚丙烯酰胺易于通过氢键作用形成刚性微环境，在作为聚合物基体制备室温磷光材料方面展现出优势。但利用氢键策略实现兼具长寿命（>100 ms）和发光颜色可调性能的聚丙酰胺基室温磷光材料研究报道极少。李光课题组分别通过聚丙烯酰胺与对氨基苯磺酸掺杂、丙烯酰胺与丙烯酰胺基苯磺酸共聚的方法制备了两类聚丙酰胺基室温磷光材料PAM/SA和 PAMABS。针对掺杂体系PAM/SA，首先研究了丙烯酰胺与对氨基苯磺酸的掺杂摩尔比对发光性能的影响，摩尔比为50:1的PAM/SA表现出最佳的发光性能，具有451 ms的超长磷光寿命，肉眼可见的余辉长达8 s。通过对聚（N,N-二甲基丙烯酰胺）与对氨基苯磺酸掺杂体系不能实现有效发光的研究，证明了氢键作用在促使PAM/SA实现室温磷光发射方面起关键作用。利用对甲苯磺酸、4-氨基苯磺酰胺和对苯二胺分别与聚丙烯酰胺掺杂，制备出不同的掺杂体系与PAM/SA进行发光性能对比，发现PAM/SA具有最优的发光性能，表明在对氨基苯磺酸与聚丙烯酰胺形成氢键贡献方面磺酸基团起了主要作用，而氨基仅起到次要作用。由于水汽对磷光材料有不利影响，而且聚丙烯酰胺具有良好的水溶性，进一步研究了水对PAM/SA发光性能的影响。将PAM/SA分散在无水DMF中，向体系中补加水研究其发光性能，发现水含量增加到20%时磷光才完全猝灭。利用水蒸气对PAM/SA进行熏蒸，由于水分子进入体系中导致磷光猝灭，但通过加热处理，磷光可以回复，表现出良好的可逆性。

　　通过共聚法制备的聚丙酰胺基室温磷光材料PAMABS在254 nm紫外灯照射后可出现长达7s的肉眼可见蓝色余辉。令人惊喜的是，365 nm紫外灯照射后PAMABS出现了长达5s的肉眼可见绿色余辉。随着激发波长从240nm增加到380nm，PAMABS的磷光发射峰从429nm红移到539nm，发射峰的移动幅度长达110nm，从CIE色度坐标图上能清晰的看出发光颜色从蓝色向绿色的转变，展现出了新奇的发光颜色可调性。在266nm和342nm激发下，PAMABS分别表现出624ms和373ms的超长室温磷光寿命。PAMABS的室温磷光性能同样表现出良好的水热刺激可逆响应性。理论计算与实验结论能够很好吻合，进一步证明了PAM/SA和 PAMABS能够表现出优异室温磷光性能的合理性。基于PAM/SA与 PAMABS水热刺激响应性和PAMABS的发光颜色可调性，利用聚丙烯酰胺基室温磷光材料制备成防伪图案，探索了其在信息加密领域的应用潜能。

　　这项工作为制备超长寿命和颜色可调聚合物基室温磷光材料提供了一种简便的方法，并将促进纯有机室温磷光材料的发展。 

　　聊城大学的2019级硕士研究生许宇航（现已在华南理工大学攻读博士学位），2021级硕士研究生朱燕为该论文的共同第一作者，王利平教授和李光教授为该论文的通讯作者，聊城大学为第一署名单位。该研究工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金和聊城大学科研基金的支持。

（审核：李伟）