西南大学黄进教授、甘霖副教授团队提出多级发光增强集成策略制备高量子产率虚态发光材料

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虚态发光材料是极具发展潜力的新型发光材料，由于其发光由虚态跃迁引起，材料的发光不受光漂白以及聚集诱导淬灭的影响，相较于传统固态荧光材料，可极大地拓展材料的使用条件以及使用寿命，应用于光学信息加密等领域。但是，目前对于虚态跃迁发光材料的研究仍然较少，所制得的材料由于其非常低的发光量子产率而在实际应用中受到限制。软物质材料化学与功能制造重庆市重点实验室致力于发展可持续性高性能智能纳米材料，通过对生物基材料的性能进行挖掘、增强，实验室黄进教授、甘霖副教授提出使用纤维素材料构建高性能光学纳米材料的策略路线。

该工作基于诱导纤维素纳米晶（CNC）形成稳定阵列结构使其产生虚态跃迁光致发光现象（图一），纤维素纳米晶作为一种生物源纳米材料，具有可再生、环境友好的优点，拓展生物基材料的应用，能够在一定程度上推进发光材料绿色化的进程。

图一：CND@ZIF-8@CNC的制备途径：（i）在CNC表面进行ZIF-8搭建，降低CNC表面电荷；（ii）CNC纳米级装配，形成ZIF-8纳米级环境；（iii）在ZIF-8@CNC体系中加入碳纳米点。

由于CNC表面含有大量的羟基结构，通过利用氢键作用，可完成CNC表面金属有机框架（MOF）的搭建。由于所选用的ZIF-8材料具有正电性，通过控制ZIF-8结构的生长，能够有效降低CNC之间的相互作用力，使其形成稳定的纳米阵列结构，并通过MOF对CNC在纳米尺度的包裹稳定这种阵列结构，对CNC的发光量子产率进行初步的提升。进一步地，利用ZIF-8所拥有的多孔结构，向体系中引入碳纳米点（物理作用），集成局域等离激元共振效应，完成对材料发光强度的再度提升，最终使该材料的发光量子产率达到64.84%，满足实际应用需求（图二）。

图二：CND@ZIF-8@CNC墨水绘图作品

除此之外，该工作通过元素分析、原子力显微镜分析、计算研究验证了ZIF-8@CNC的阵列结构以及CND@ZIF-8@CNC的局域等离激元共振效应。由于该材料具有很好的生物相容性以及环境友好性，在药物示踪方面也有着巨大的应用潜力。

以上结果发表于Carbohydrate Polymers (Carbohydrate Polymers, 2021, 253, 117260). 第一作者为硕士研究生郑蜀玉，通讯作者为黄进教授，甘霖副教授。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117260

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