《Dyes and Pigments》：Full-Color-Tunable Highly Emissive Solid Fluorophores Based on Furanone Skeleton Derivatives for Multi-Color Fluorescent Polymeric Hydrogels
编辑推荐：
荧光水凝胶|π体系化合物|近红外发光|苯甲醛衍生物|电子供体调控
高国伟|岑小梅|罗浩|赵晓伟|卢宏光
中国天津市天津工业大学化学与化学工程学院有机太阳能电池与光化学转化重点实验室，天津300384
摘要
荧光聚合物水凝胶（FPHs）是通过将固态发光有机荧光团与聚合物水凝胶结合而成的，为开发用于尖端应用的新荧光材料提供了一个有前景的平台。利用有机荧光团的FPHs研究主要集中在蓝光或绿光区域的发光系统上。到目前为止，具有远红/近红外（FR/NIR）发光的FPHs仍然很少见，而能够使用紧凑的π体系荧光团产生全色荧光的FPHs则极为罕见。在本研究中，合成了一系列基于紧凑π体系结构的呋喃酮骨架荧光团（BSV-1至BSV-8），这些荧光团在蓝光（451 nm）到FR/NIR（783 nm）范围内具有高效的固态荧光。通过调节苯甲醛衍生物上取代基的电子给体能力，可以轻松调整荧光团的HOMO-LUMO能隙和荧光峰。同时，荧光团的单晶结构表明其分子具有扭曲构象，相邻分子之间的堆叠较为松散，这确保了这些荧光团在固态或聚集状态下仍能保持高荧光强度。更重要的是，通过将这些荧光团物理嵌入聚合物水凝胶中，制备出了具有不同荧光颜色的FPHs，并且随着荧光团浓度在凝胶基质中的增加，FPHs的荧光强度逐渐增强。此外，通过制作一个类似多色魔方的3D水凝胶，展示了这些荧光团在FPHs中的潜在应用。
引言
具有高荧光（FL）量子产率的固态有机荧光团因其广泛的固态或聚集态应用而受到广泛关注，例如有机激光器、生物成像、光疗和有机发光二极管[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。理想的有机荧光团设计需要同时具备高固态发光能力和易于调节的发光颜色。然而，大多数含有多个芳香环的有机荧光团在溶液中表现出强烈的发光，但在固态下则会出现严重的荧光淬灭现象，这可能是由于平面多环骨架的π-π堆叠以及强健的供体-受体（D-A）结构中的偶极-偶极相互作用[7]、[8]、[9]所致。为了增强有机荧光团的固态发光，研究人员采用了多种策略来减轻不希望出现的分子间相互作用。这些策略包括引入空间庞大的基团以诱导空间分离，以及设计高度扭曲的分子结构以破坏紧密堆积[10]、[11]、[12]、[13]。同时，引入额外的结构组分不可避免地会增加有机荧光团的分子体积，使其合成变得更加复杂。与具有大型π体系的传统荧光团相比，基于紧凑π体系的荧光团因其易于合成的过程而更受青睐，这样可以在保持相似的光物理性能的同时降低合成难度[14]、[15]。
此外，具有高效固态发光的有机荧光团可以嵌入聚合物水凝胶中，制备出荧光聚合物水凝胶（FPHs），这种水凝胶具有三维（3D）交联的聚合物网络，能够吸收水分而不溶解，并且具有可调的荧光颜色和强度特性[16]、[17]、[18]、[19]、[20]。FPHs为荧光材料的多样化以及扩展到许多尖端应用提供了机会，包括加密、信息编码、仿生软驱动器/机器人技术、光学传感、生物成像和智能显示[21]、[22]、[23]、[24]。利用有机荧光团的FPHs研究主要集中在蓝光或绿光区域的发光系统上[25]、[26]、[27]。到目前为止，具有远红/近红外（FR/NIR）发光的FPHs仍然很少见，而能够使用紧凑的π体系荧光团产生全色荧光的FPHs则极为罕见。
因此，我们设计并合成了一系列基于紧凑π体系结构的呋喃酮骨架荧光团（BSV-1至BSV-8），这些荧光团在蓝光（451 nm）到FR/NIR（783 nm）范围内具有高效的固态荧光。通过调节苯甲醛衍生物上取代基的电子给体能力，可以轻松调整荧光峰。密度泛函理论计算进一步表明，随着取代基电子给体能力的增强，荧光团的能隙逐渐减小。同时，荧光团的单晶结构表明其分子具有扭曲构象，相邻分子之间的堆叠较为松散，这确保了这些荧光团在固态或聚集状态下仍能保持高荧光强度。更重要的是，通过将这些荧光团物理嵌入聚合物水凝胶中，制备出了具有不同荧光颜色的FPHs，并且FPHs的荧光强度随着荧光团浓度的增加而逐渐增强。此外，通过制作一个类似多色魔方的3D水凝胶，展示了这些荧光团在FPHs中的潜在应用。
分子设计与合成
分子设计与合成
该系列荧光团（BSV-1至BSV-8）采用了供体-受体（D-A）结构，其中苯甲醛衍生物和3-氰基-4-苯基-2(5H)-呋喃酮（SV）分别作为供体和受体。通过调节苯甲醛衍生物上取代基的电子给体能力，可以定制这些荧光团的能带间隙和发光颜色。此外，呋喃酮中的苯环不仅能够延长共轭结构，还能...
结论
总结来说，我们合成了一系列基于紧凑π体系结构的呋喃酮骨架荧光团（BSV-1至BSV-8），这些荧光团在蓝光（451 nm）到FR/NIR（783 nm）范围内具有高效的固态荧光。通过调节苯甲醛衍生物上取代基的电子给体能力，可以轻松调整荧光团的HOMO-LUMO能隙和荧光峰。同时，这些荧光团具有扭曲的分子构象和松散的...
CRediT作者贡献声明
卢宏光：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理。赵晓伟：撰写 – 审稿与编辑，概念构思。罗浩：实验研究。岑小梅：方法学研究，数据整理。高国伟：撰写 – 原初稿，验证，方法学研究，实验研究，数据分析
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢国家自然科学基金（22375149）的支持；曹G感谢国家创新创业人才培养计划（202310060007）的支持。
