突破！我院青年教師方兵、戴玉華教授聯合北京化工大學尹梅貞教授在Nature子刊發表重要研究成果
在國家自然科學基金等項目資助下，新材料與化工學院聚合物功能材料團隊青年教師方兵和戴玉華教授，在光固化室溫磷光領域取得重要進展，相關研究成果撰寫的學術論文《Proton transfer regulated photocured robust room temperature phosphorescence from naphthalimide》,發表在國際知名期刊Nature Communications (2026), https://doi.org/10.1038/s41467-026-70999-8 (SCI 一區TOP，IF=15.7)。北京石油化工學院首次以第一完成單位在《Nature Communications》上發表成果，青年教師方兵、戴玉華教授和北京化工大學尹梅貞教授為論文的共同通訊作者，第一作者為我校2023級材料科學與工程碩士研究生王愛成。
室溫磷光材料在停止光照后依然持續發光。和普通熒光材料相比，它的發光壽命更長、信噪比更高，在防偽、信息存儲、生物成像等方面有著不可替代的優勢。不過，傳統的室溫磷光材料一直有不少“短板”：無機磷光材料毒性高、制作復雜；有機磷光材料雖然更靈活，但發光效率低、余輝短，尤其是光固化型的有機磷光材料，還需要同時加入磷光基團和光引發劑，不僅體系復雜，還容易出現磷光被“抑制”的問題。
針對這些難題，我院聚合物功能材料團隊設計了一種“一身兼兩職”的核心分子-萘酰亞胺衍生物。這種分子既可以作為“磷光單元”，又能充當光固化的“引發劑”，在紫外光照射下，它能一邊產生自由基讓丙烯酸、丙烯酰胺聚合成堅固的高分子基質，一邊被牢牢“固定”在基質中，形成穩定的發光結構。更關鍵的是，團隊發現了質子轉移氫鍵的“調控魔法”：材料中的羧基帶正電，能和萘酰亞胺分子里叔胺的孤對電子結合，形成特殊的氫鍵。這一結合不僅能減少發光過程中的能量損耗，讓更多能量用于發光，還能增強分子間的相互作用，實現磷光壽命長達389.58毫秒，磷光量子產率高達17.83%。而且在水中浸泡3個多小時仍能保持明顯的黃色余輝；在正己烷、酒精等多種有機溶劑中浸泡45天，發光效果幾乎不受影響。不僅如此，這款材料還能實現“變色發光”。通過加入不同量的羅丹明B，利用磷光共振能量轉移原理，讓材料的余輝顏色從黃色逐步連續變成紅色。并通過光固化技術輕松實現雙色的三維發光材料；還能制成磷光油墨，在玻璃、塑料等不同基底上光刻出精細的二維碼、校徽等圖案，為高端防偽、信息加密等領域提供了全新的材料選擇。
聚合物功能材料研究團隊
圖1. 萘酰亞胺光固化RTP材料的制備過程及其調控機制示意圖。
圖2：光固化RTP的光學性能測試。 a. P-AA-AM薄膜的余輝照片；b. 紫外光照射下NDIAM產生自由基；c. 光固化40 s后雙鍵轉化率達～91.80 %；d-g. 隨光固化時間延長，P-AA-AM的RTP強度和壽命顯著提升，50s時壽命達389.58ms；h, i. 材料在水中浸泡210min仍保持良好RTP性能；j. 在n-Hexane、DMF、DCM等多種有機溶劑中浸泡45天，RTP壽命和強度無明顯變化，證實其優異的耐溶劑性。
圖3：選擇不同質子供體能力單體，驗證質子轉移氫鍵在調控室溫磷光中的重要性。a. 僅含AA的均聚物P-AA有黃色余輝，St/MA/MMA/HEA均聚物無余輝，而這些單體與AA的共聚物均出現明亮黃色余輝；b-d. P-AA的磷光強度、壽命（156.79ms）和量子產率（12.46%）遠高于其他均聚物；e-g. 共聚物的磷光性能較對應均聚物顯著提升，證實PTHBs對RTP的調控作用；h-j. P-AA-St的激發態壽命長于P-St，證明PTHBs有效抑制了S?非輻射弛豫。
圖4：理論模擬計算驗證質子轉移氫鍵在阻斷光誘導電子轉移、促進系間竄越起到關鍵作用。a. NDIAM的叔胺和羧基之間存在強分子間相互作用；b. NDIAM/PAA間以吸引作用和范德華力為主，且羧基與叔胺形成PTHBs、羧基與羰基形成分子間氫鍵；c. HOMO-LUMO能級分析表明，AA可通過PTHBs改變叔胺的能級分布，抑制PET效應引發的S?非輻射弛豫，而St/MA/HEA無此作用；d. NDIAM/PAA在S?能級±0.3eV范圍內有更多ISC通道且SOC常數更大，顯著促進ISC；e. NDIAM/PAA中S?和T?態的空穴和電子轉移至PAA，發生電荷轉移，促進ISC并降低非輻射弛豫常數，延長磷光壽命。
圖5. 利用磷光共振能量轉移原理，實現余輝顏色從黃色到紅色的連續調控。 a. TS-FRET過程示意圖，P-AA-AM作為能量供體，RhB作為能量受體；b. P-AA-AM的磷光光譜與RhB的吸收光譜高度重疊；c-d. P-AA-AM/RhB存在高效的TS-FRET過程，間接激發下有強延遲發射，直接激發下RhB無明顯延遲發射；e-g. 隨RhB負載量增加，P-AA-AM的550nm延遲光譜強度逐漸減弱直至消失，發射峰紅移至614 nm，余輝從黃色變為紅色，且磷光壽命從373.50ms降至108.40ms；h. TS-FRET效率隨RhB負載量增加逐漸提升至71.0%。
圖6：三維立體成型和光刻圖案化。a-c. 逐層光固化制備的黃色、紅色及黃紅雙色3D塊狀RTP材料；d. P-AA-AM和P-AA-AM/RhB處理的棉線，紫外光下為藍色熒光和橙紅色熒光，關燈后分別呈現黃、紅余輝；e圖為光圖案化的工藝流程：涂覆墨水→掩膜紫外曝光→水顯影；f-h.在PVC、玻璃等不同基底上制備出蝴蝶、校徽、二維碼等圖案。標尺：8毫米。
（供稿：材料系方兵；審核：張翠華）