可持續餘輝室溫磷光(RTP)材料，特別是餘輝室溫磷光結構材料至關重要，但仍難以實現。在此，來自南京工業大學&中國科學院化學物理研究所&東北林業大學等單位的研究者，開發了一種氧化策略將木質素轉化為壽命約408 ms的餘輝材料。具體來說，木質素在H2O2作用下被氧化生成芳香發色團和脂肪酸。相關論文以題為「Structural materials with afterglow room temperature phosphorescence activated by lignin oxidation」發表在Nature Communications上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-33273-1
植物是可再生化學品和材料的潛在來源。木質素是其主要成分之一，佔總質量的15-30%，是由苯丙素途徑產生的對羥基肉桂醇單酚醇氧化聚合形成的。此外，工業木質素是製漿造紙工業的副產品，產量非常大(每年約60-70公噸)。科學界對木質素定價的需要已經有了很好的了解，這導致了過去幾年發表了大量的研究。從化學角度看，木質素主要由對羥基苯基(H)、愈創木脂基(G)和紫丁香基(S)組成，主要由β-O-4和C-C鍵連接。這種化學結構賦予了木質素作為功能材料和芳香化合物的核心成分的巨大潛力。此外，木質素表現出有趣的生物活性，促進了在生物醫學、農業和生物質轉化方面的應用。由於含有芳香族結構，木質素可以產生有趣的光理化性質。最近，研究者的團隊證明了木質素的餘輝RTP發射可以通過封裝在聚丙烯酸基質中。
餘輝RTP材料，在電子器件、光學感測、生物成像和信息加密等方面有著廣泛的應用。要實現有效的RTP，需要滿足兩個關鍵條件。首先，通過促進ISC從S1到Tn，可以有效填充三重態激子。其次，抑制三重態激子的非輻射失活，促進輻射躍遷從最低激發態三重態(T1)到基態(S0)。到目前為止，小分子、聚合物、超分子、碳點和MOFs，已被報道用於有效餘輝RTP發射。特別是，從自然來源製備餘輝RTP材料尤其受歡迎，因為自然來源豐富、可持續、靈活和生物兼容。然而，仍然存在兩個主要挑戰：(1)將可持續木質素轉化為餘輝RTP材料需要使用石油衍生的基質(~95w /w%)，這並不滿足可持續體系的要求。(2)大部分餘輝RTP材料，包括木質素源餘輝RTP材料，以粉末、晶體、薄膜、液體或多孔材料的形式存在。餘輝RTP結構材料具有較高的力學性能，是材料科學與技術的重要組成部分。
在此，研究者開發了一種氧化方法，將木質素轉化為可持續的餘輝RTP材料，而不添加額外的合成基質。具體來說，木質素的G單位和S單位被氧化生成G酸和S酸(發色團)，然後通過氫鍵被脂肪酸(作為基質，也由於木質素氧化)鎖定(圖1a)。結果，OL顯示有效的餘輝發射。更有趣的是，在這一發現的推動下，建造了一條自動生產線，通過在木材細胞壁中自然產生的木質素原位氧化，將天然結構材料木材轉化為RTP木材(圖1b)。製備好的RTP木材顯示出建造餘輝可持續傢具的巨大潛力。
圖1 木質素氧化RTP的原理圖。
圖2 OL的餘輝RTP發射。
圖3 OL的餘輝RTP機理。
圖4 RTP木材的製備。
綜上所述，研究者採用氧化策略成功地將木質素轉化為壽命約408 ms的可持續性餘輝OL。更有趣的是，在這一發現的推動下，人們建造了一條自動生產線，利用位於木材細胞壁的天然木質素原位氧化生成OL，將天然木材轉化為RTP木材。RTP木材隨後被成功加工成餘輝傢具。這項工作不僅證明了餘輝RTP材料的可持續性，而且提供了新的餘輝RTP結構材料。從更廣泛的角度來看，考慮到天然木材的可持續性和易加工性，這種RTP木材在木材建築和光管理設備方面具有巨大的潛力。（文：水生）
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