静电驱动的木质素聚电解质/金属离子新型发光复合材料

Building-up new aggregated-induced emission (AIE) polymer-based materials and developing their new applications have drawn lots of attention due to their high luminescent brightness in aggregation, large stocks’ shift, luminescent amplification effect, easy modification, and good processability. In this project, lignin-based anionic polyelectrolytes, a recently developed natural and sustainable AIE polymer, will electrostatically coassemble with metal cations to form supramolecular hybrids. The influences of cationic species, the ratios of cations to anions, pH, temperatures, solvents, and additives on assembling behaviors will be researched to decisively control the supramolecular structures and morphologies. In addition, the restriction of motions and the formation of oxygen clusters in the limited space will induce the luminescence of the aggregates. The relationship between non-covalent interactions and luminescence, the mechanism of emission, and the energy transfer pathways will be fully investigated. Furthermore, after exploring the extra-responsiveness of the assemblies, we will develop their applications in realms of sensing, luminescent anti-counterfeiting, and self-healing materials. The success of this project will provide a new way in developing non-conventional luminescent smart materials.

本项目旨在以简单、普适的静电作用为驱动，构筑基于绿色资源木质素的新型聚集诱导发光复合材料，加深对荧光产生机理的认识，开发材料在荧光检测、防伪、智能材料等方面的应用。通过静电作用诱导复合凝聚的原理，构筑阴离子聚电解质木质素磺酸钠/多价金属阳离子超分子复合物，研究组装条件对分子间相互作用的影响，实现对超分子结构的精准控制。利用多重非共价相互作用和组装体的受限空间，限制聚合物的链段运动能力，诱导复合物荧光，考察超分子结构与荧光性质的关系，提出荧光产生的重要影响因素和机理。有效结合复合体系的刺激响应性和聚合物生物相容性好、机械强度高等特点，制备用于荧光检测、防伪、自修复等领域的智能材料。该方法工艺简单、环境友好，项目的实施将为非传统发光高分子的开发和应用奠定理论和实验基础。

项目针对聚集诱导发光聚合物构筑方法复杂且有限、荧光调控内在关键因素和机理尚不明晰等问题，以木质素这类集绿色环保、发光范围宽、荧光可调控性强、合成和修饰简单、机械性能和生物相容性好等诸多优异性质于一身的天然聚合物为阴离子基元，以具有不同电荷分布、结构特点的金属离子或聚合物为阳离子基元，以静电诱导复合凝聚为原理，构筑了不同系列的超分子复合物；系统研究了复合物的自组装行为和聚集诱导发光行为，提出了复合物的组装模型，揭示了复合物的发光机理和关键内在因素，有效且精准的调控了复合物的微观结构和荧光性质，开发了复合材料在荧光探针、荧光防伪材料等方面的潜在应用。项目首先构筑了木质素磺酸钠/多价金属离子复合体系，揭示了多价点电荷不会显著影响复合物微观结构和AIE性质的特点，利用分子间能量转移和组装体内部疏水环境，实现了荧光变色调控；为进一步优化木质素的AIE性质，构筑了具有pH响应性的木质素磺酸钠/柔性侧链两嵌段共聚物复合体系，利用不同环境下电荷比例诱导的阳离子聚电解质分布反转，实现了对荧光强度和颜色的精确调控，并开发了复合体系在荧光防伪和信息存储方面的应用；在此基础上，探索了木质素磺酸钠/柔性侧链三嵌段共聚物复合水凝胶的构筑、微观结构、荧光性质及自修复性能；最后，为探索阳离子聚电解质刚柔性的影响，构筑了多个木质素磺酸钠/刚性侧基两嵌段共聚物复合体系，其自组装行为与木质素磺酸钠/柔性侧基两嵌段共聚物复合体系类似，但荧光行为明显不同，在荧光防伪、存储等领域具有潜在前景。项目通过简单普适的方法丰富了聚集诱导发光聚合物体系，加深了对聚集诱导发光聚合物性质的理解及调控，明确了分子结构-相互作用-自组装行为-荧光性质的关联关系，为开发新型聚集诱导发光聚合物体系提供了理论指导。