室溫磷光（RTP）水凝膠表現(xiàn)出巨大的潛力，但表現(xiàn)出較差的機(jī)械性能（拉伸強(qiáng)度<1?MPa）和不可調(diào)節(jié)的RTP性能，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

2024年12月4日，東北林業(yè)大學(xué)陳志俊教授、李淑君教授、英國(guó)巴斯大學(xué)Tony D. James在國(guó)際知名期刊Nature Communications發(fā)表題為《Room temperature phosphorescent wood hydrogel》的研究論文，劉瑞霞為論文第一作者，陳志俊教授、李淑君教授、Tony D. James為論文共同通訊作者。

陳志俊，東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，國(guó)家級(jí)“四青”人才。2017年博士畢業(yè)于德國(guó)馬普高分子所。

陳志俊教授的研究方向?yàn)榱帜举Y源的光理化特性與高效轉(zhuǎn)化，以通訊作者身份在Nat. Commun.、Angew.、Matter等領(lǐng)域高水平期刊發(fā)表論文50余篇。

李淑君，東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授。1995年、1998年、2001年本碩博均畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)，博士畢業(yè)后留校任教。

李淑君教授的主要研究方向?yàn)槟静幕瘜W(xué)及樹(shù)木提取物深加工，已發(fā)表論文百余篇。

在這里，作者通過(guò)丙烯酰胺在脫木質(zhì)素木材存在下的原位聚合來(lái)開(kāi)發(fā)木材水凝膠（W-水凝膠）。

由于脫木素木材和聚丙烯酰胺成分之間的分子相互作用，W-水凝膠表現(xiàn)出38.4 MPa的拉伸強(qiáng)度和綠色RTP發(fā)射，壽命為32.5 ms。此外，利用乙醇處理W-水凝膠后，拉伸強(qiáng)度和RTP壽命增加至153.8 MPa和69.7 ms。

值得注意的是，W-水凝膠的機(jī)械和RTP性能通過(guò)交替“乙醇和水”處理而改變。此外，W-水凝膠用作能量供體，以便通過(guò)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程使用RhB產(chǎn)生紅色余輝發(fā)光。利用這些特性，W-水凝膠被加工成多種基于水凝膠的發(fā)光材料。

圖1：W-水凝膠的制備示意圖

圖2：W-水凝膠的機(jī)械和室溫磷光性能

圖3：W-水凝膠的作用機(jī)制

圖4：W-水凝膠與RhB之間的TS-FRET

圖5：W-水凝膠的加工和應(yīng)用

綜上，在這項(xiàng)研究中，作者開(kāi)發(fā)了一種基于脫木質(zhì)素木材的室溫磷光水凝膠（W-水凝膠），通過(guò)原位聚合丙烯酰胺制備，具有38.4 MPa的高拉伸強(qiáng)度和32.5 ms的綠色磷光發(fā)射壽命，通過(guò)乙醇處理后，這些性能可進(jìn)一步提升至153.8 MPa和69.7 ms。

研究結(jié)果表明，W-水凝膠的機(jī)械性能和磷光性能可通過(guò)“乙醇和水”的交替處理進(jìn)行可逆調(diào)節(jié)，此外，W-水凝膠還能作為能量供體，通過(guò)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程與羅丹明B（RhB）產(chǎn)生紅光余輝發(fā)射。

該研究提供了一種高性能、可調(diào)節(jié)的室溫磷光水凝膠材料，其在生物成像、有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、防偽應(yīng)用和智能傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是在需要可調(diào)機(jī)械性能和光學(xué)性能的場(chǎng)合。此外，W-水凝膠的可持續(xù)性和低成本生產(chǎn)潛力使其在實(shí)際應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)，為高性能室溫磷光水凝膠的大規(guī)模生產(chǎn)提供了一種實(shí)用方法。

Liu, R., Guo, H., Liu, S.?et al.?Room temperature phosphorescent wood hydrogel.?Nat. Commun.?(2024).?