[发明专利]基于糖类隔氧基质的发光材料，制备及应用

说明书

本发明公开基于糖类隔氧基质的发光材料，制备及应用。所述发光材料包括：糖类，用于构筑隔氧环境；以及负载在糖类基质上的发色团。所述发色团包括光敏剂或者光敏剂与湮灭剂的组合。通过将发色团容纳在糖类构筑的致密结构内，以达到阻隔空气中氧气的目的，从而有效地阻隔氧气对发光团的三重激发态的淬灭，可以实现在空气条件下，仍然具有较强的磷光发射和三重态‑三重态湮灭光子上转换发射，显示出高效的三重态能量传递和三重态‑三重态湮灭过程。

技术领域

本发明涉及发光材料领域。更具体地，涉及基于糖类隔氧基质的发光材料，制备及应用。

背景技术

磷光材料在LED、生物成像、加密防伪，以及有机化合物鉴定等方面具有重要应用潜能。光子上转换技术是一种可以将低能量的光子转换为高能量光子技术，其中三重态-三重态湮灭光子上转换技术因其可以在低功率密度的非相干光激发下实现较高的上转换发光效率等的特点，在光催化、光伏材料、生物成像等领域具有重要的潜在应用价值。光敏剂分子吸收特定波长的激发光，从基态跃迁到单重激发态。由于光敏剂分子一般具有刚性结构，在配位的重金属或者通过共价键连接的卤素(如溴，碘等)或碳60等的重原子诱导效应作用下，一部分光敏剂单重激发态通过系间窜跃过程到达三重激发态。在不被猝灭的情况下，光敏剂的三重激发态可以通过辐射光子的形式，即发射磷光，回到基态。但是如果在光敏剂三重激发态的扩散半径的1-1.5nm范围内存在与其能级匹配的湮灭剂发色团，光敏剂三重激发态可以以能量传递方式，敏化湮灭剂直接生成湮灭剂三重激发态。当湮灭剂三重激发态在其寿命时间范围内达到一定浓度后，可以两两碰撞发生三重态-三重态湮灭过程。此时，一个湮灭剂分子到达单重激发态，另一个湮灭剂分子回到基态。湮灭剂单重激发态辐射光子回到基态的过程，发射上转换延迟荧光。光敏剂吸收光子敏化湮灭剂，最后释放上转换延迟荧光的过程即为三重态-三重态湮灭光子上转换过程。

三重激发态是磷光发射和三重态-三重态湮灭光子上转换发射等光物理过程中，发色团分子的一种重要的能级状态。因为空气中的基态氧以三重态形式存在，能与其能级和对称性匹配的高能量的三重激发态碰撞，获得能量生成单重态氧。所以一般地，在空气氛围下，发色团的三重激发态容易被基态氧猝灭而失活。并且，生成的高能态单重态氧能氧化发色团，使得光敏剂或者湮灭剂光漂白，降低体系的发色团浓度。同时，由于单重态与三重态之间的跃迁转化过程是跃迁禁阻的过程，该过程的发生需要一定的时间。所以光敏剂的磷光寿命一般为微秒级别，而TTA上转换过程因为还涉及多个能量传递的光物理过程，所以其上转换延迟荧光的寿命一般在微秒级或者毫秒级。在材料长寿命范围的磷光发射或者上转换延迟荧光发射过程内，其被氧猝灭概率被放大。氧猝灭会大大降低材料的磷光或者上转换发光效率，降低体系整体对光的利用率。因此，在开发磷光材料或者上转换发光材料过程中，保护其不被氧气猝灭，是保证材料性能的重要前提。

除氧的溶液态的三重态-三重态湮灭光子上转换体系上转换发光效率高，但由于溶剂挥发等问题，其在实际应用中较为受限。将光子上转换体系固化，进一步整合到实际应用设备中，是拓展实际应用范围重要途径。在报道的几种固化手段，除了构筑光敏剂-湮灭剂固态微晶，或者将光敏剂或者湮灭剂共价连接到聚合物链上，或者将溶液相上转换体系封装在高分子聚合物中形成微胶囊或胶束，或构筑准固态(如凝胶、弹性体等)体系等手段外，比较常用的还有将光敏剂和湮灭剂掺杂到基质中构筑固态体系。

在已经报道的系列聚合物基质的三重态-三重态湮灭光子上转换体系中，所使用的高分子聚合物材料，如聚甲基丙烯酸甲酯，环氧树脂，聚乙烯醇、聚苯乙烯等，均以合成塑料为基质。但随着现代社会对可持续的清洁能源技术的需求不断增加，系列基于不可生物降解的合成聚合物材料的使用可能会对资源的处置和回收带来挑战。因此生物可降解替代品材料的使用得到推广和发展，其中就包括应用于各种光子学领域的生物聚合物材料。生物聚合物可以作为固态光子上转换材料的合成聚合物基质的潜在替代品。

因此，需要开发一种基质材料经济环保、制备工艺简单的固态发光材料，解决空气中的氧对三重激发态激子的猝灭的难题，实现对空气氛围的固态发光体系的三重激发态的保护。

发明内容