可持续余辉室温磷光(RTP)材料，特别是余辉室温磷光结构材料至关重要，但仍难以实现。在此，来自南京工业大学&中国科学院化学物理研究所&东北林业大学等单位的研究者，开发了一种氧化策略将木质素转化为寿命约408 ms的余辉材料。具体来说，木质素在H2O2作用下被氧化生成芳香发色团和脂肪酸。相关论文以题为“Structural materials with afterglow room temperature phosphorescence activated by lignin oxidation”发表在Nature Communications上。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-33273-1
植物是可再生化学品和材料的潜在来源。木质素是其主要成分之一，占总质量的15-30%，是由苯丙素途径产生的对羟基肉桂醇单酚醇氧化聚合形成的。此外，工业木质素是制浆造纸工业的副产品，产量非常大(每年约60-70公吨)。科学界对木质素定价的需要已经有了很好的了解，这导致了过去几年发表了大量的研究。从化学角度看，木质素主要由对羟基苯基(H)、愈创木脂基(G)和紫丁香基(S)组成，主要由β-O-4和C-C键连接。这种化学结构赋予了木质素作为功能材料和芳香化合物的核心成分的巨大潜力。此外，木质素表现出有趣的生物活性，促进了在生物医学、农业和生物质转化方面的应用。由于含有芳香族结构，木质素可以产生有趣的光理化性质。最近，研究者的团队证明了木质素的余辉RTP发射可以通过封装在聚丙烯酸基质中。
余辉RTP材料，在电子器件、光学传感、生物成像和信息加密等方面有着广泛的应用。要实现有效的RTP，需要满足两个关键条件。首先，通过促进ISC从S1到Tn，可以有效填充三重态激子。其次，抑制三重态激子的非辐射失活，促进辐射跃迁从最低激发态三重态(T1)到基态(S0)。到目前为止，小分子、聚合物、超分子、碳点和MOFs，已被报道用于有效余辉RTP发射。特别是，从自然来源制备余辉RTP材料尤其受欢迎，因为自然来源丰富、可持续、灵活和生物兼容。然而，仍然存在两个主要挑战：(1)将可持续木质素转化为余辉RTP材料需要使用石油衍生的基质(~95w /w%)，这并不满足可持续体系的要求。(2)大部分余辉RTP材料，包括木质素源余辉RTP材料，以粉末、晶体、薄膜、液体或多孔材料的形式存在。余辉RTP结构材料具有较高的力学性能，是材料科学与技术的重要组成部分。
在此，研究者开发了一种氧化方法，将木质素转化为可持续的余辉RTP材料，而不添加额外的合成基质。具体来说，木质素的G单位和S单位被氧化生成G酸和S酸(发色团)，然后通过氢键被脂肪酸(作为基质，也由于木质素氧化)锁定(图1a)。结果，OL显示有效的余辉发射。更有趣的是，在这一发现的推动下，建造了一条自动生产线，通过在木材细胞壁中自然产生的木质素原位氧化，将天然结构材料木材转化为RTP木材(图1b)。制备好的RTP木材显示出建造余辉可持续家具的巨大潜力。
图1 木质素氧化RTP的原理图。
图2 OL的余辉RTP发射。
图3 OL的余辉RTP机理。
图4 RTP木材的制备。
综上所述，研究者采用氧化策略成功地将木质素转化为寿命约408 ms的可持续性余辉OL。更有趣的是，在这一发现的推动下，人们建造了一条自动生产线，利用位于木材细胞壁的天然木质素原位氧化生成OL，将天然木材转化为RTP木材。RTP木材随后被成功加工成余辉家具。这项工作不仅证明了余辉RTP材料的可持续性，而且提供了新的余辉RTP结构材料。从更广泛的角度来看，考虑到天然木材的可持续性和易加工性，这种RTP木材在木材建筑和光管理设备方面具有巨大的潜力。（文：水生）
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