【Angew. Chem.】不怕潮不怕水，超稳定有机室温磷光材料

简介

本研究提出了一种通过设计含有亲水和疏水相的嵌段共聚物，来实现具有水环境中稳定性的有机室温磷光（RTP）材料的方法。亲水性部分形成氢键网络以抑制非辐射跃迁，而疏水性部分防止水分子渗入，从而维持磷光性能。

摘要

有机室温磷光（RTP）材料因其独特的发光性能在多种应用中表现出巨大潜力。然而，传统 RTP 材料易受潮湿和水分的影响，导致氢键网络被破坏并加速三重态激子非辐射衰减，从而导致磷光猝灭。本研究通过设计具有微相分离结构的两亲性嵌段共聚物，实现了具有良好耐水性能的 RTP 材料。即使在水中浸泡一个月后，所得嵌段共聚物仍能保持 629 毫秒的磷光寿命，展示了其在余辉显示和防伪方面的潜在应用。这项研究为设计在水环境中稳定的 RTP 材料提供了宝贵的见解，并拓宽了其在多种环境中的潜在应用范围。

研究结果与讨论

材料设计与制备

我们设计并合成了一系列通过控制自由基聚合获得的亲水和疏水嵌段共聚物。亲水性部分富含羧基，形成氢键以稳定三重态激子，从而生成室温磷光（RTP），而疏水性部分则有效防止水分子渗透，保护刚性聚合物网络。通过自组装形成的微相分离结构，所得共聚物在室温下展现出超长的磷光寿命和良好的耐水性。

实验结果

1. 亲水性PAA和疏水性PMMA的嵌段共聚物NPAM-1至NPAM-4在室温下的磷光寿命分别为751、743、740和737毫秒，展示了优异的磷光性能。

2. 水接触角测量结果显示，NPAM-1膜的水接触角为83°，表明其疏水性显著提高，有效防止水分渗透并保护氢键网络。

3. 在高湿度环境（80%相对湿度）中，NPAM-1的磷光寿命略有减少，但仍维持在703毫秒以上，展示了良好的耐湿性能。

4. 即使在水中浸泡一个月后，NPAM-1膜仍能保持629毫秒的磷光寿命，表明其在水环境中具有优异的稳定性。

通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和小角X射线散射（SAXS）等技术，我们观察到这些共聚物形成了显著的微相分离纳米结构，确保了刚性氢键网络被疏水PMMA域保护，从而维持了磷光性能。此外，粗粒度分子动力学模拟验证了PAA和PMMA链之间显著的热力学不相容性驱动形成微相分离结构。

耐水性能评估

在高湿度（80%相对湿度）和水环境中，NPAM-1展现出优异的耐水性能。即使在水中浸泡一个月后，NPAM-1仍能保持85%的初始磷光寿命，展示了其在水环境中的稳定性。即使在水中浸泡一个月后，NPAM-1膜仍能保持629毫秒的磷光寿命，表明其在水环境中具有优异的稳定性。

结论

本研究开发了一系列具有特定微相分离结构的 RTP 聚合物，通过设计含有亲水 PAA 和疏水 PMMA 嵌段的嵌段共聚物，实现了在水环境中稳定的 RTP 性能。该独特结构有效防止了水分子的渗透，从而保护了内部氢键网络免受水分降解。实验结果表明，亲水性和疏水性嵌段共聚物显著提高了 RTP 材料的耐水性，特别是 NPAM-1 在高湿度条件下磷光寿命超过 700 毫秒，且在水中浸泡 30 天后能保持 85%的初始磷光寿命。这些材料在潮湿条件下的余辉显示和信息加密方面展示了实际应用潜力。总体而言，这项研究不仅突显了具有耐水性能的 RTP 材料的潜力，还为设计多功能 RTP 聚合物提供了多样化的平台。

参考文献

Chen, H. et al. Water‐Resistant Organic Room‐Temperature Phosphorescence from Block Copolymers. Angew Chem Int Ed e202500610 (2025) doi:10.1002/anie.202500610.