室溫磷光（RTP）水凝膠表現(xiàn)出巨大的潛力，但表現(xiàn)出較差的機械性能（拉伸強度<1?MPa）和不可調(diào)節(jié)的RTP性能，阻礙了其實際應(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、英國巴斯大學(xué)Tony D. James在國際知名期刊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，國家級“四青”人才。2017年博士畢業(yè)于德國馬普高分子所。

陳志俊教授的研究方向為林木資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為木材化學(xué)及樹木提取物深加工，已發(fā)表論文百余篇。

在這里，作者通過丙烯酰胺在脫木質(zhì)素木材存在下的原位聚合來開發(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-水凝膠的機械和RTP性能通過交替“乙醇和水”處理而改變。此外，W-水凝膠用作能量供體，以便通過能量轉(zhuǎn)移過程使用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-水凝膠的機械和室溫磷光性能

圖3：W-水凝膠的作用機制

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，在這項研究中，作者開發(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），通過原位聚合丙烯酰胺制備，具有38.4 MPa的高拉伸強度和32.5 ms的綠色磷光發(fā)射壽命，通過乙醇處理后，這些性能可進一步提升至153.8 MPa和69.7 ms。

研究結(jié)果表明，W-水凝膠的機械性能和磷光性能可通過“乙醇和水”的交替處理進行可逆調(diào)節(jié)，此外，W-水凝膠還能作為能量供體，通過能量轉(zhuǎn)移過程與羅丹明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)機械性能和光學(xué)性能的場合。此外，W-水凝膠的可持續(xù)性和低成本生產(chǎn)潛力使其在實際應(yīng)用中具有優(yōu)勢，為高性能室溫磷光水凝膠的大規(guī)模生產(chǎn)提供了一種實用方法。

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