荧光可切换材料由于在全彩显示、防伪编码、数据存储和生物成像等方面的巨大应用潜力而备受关注。为了制备全色发射的聚合物材料，通常需要引入多个发色团，这很大程度上增加了材料设计与合成的难度。因此，发展一种简单和通用的策略来精细地调制材料的发射颜色是一个特别吸引人的课题。从设计合成成本及效率的角度考虑，利用单个荧光可切换发色团来制备全色发射聚合物材料是高效可行的策略。
近日，北京理工大学李霄羽教授团队开发了一种新颖和巧妙的策略来构筑全色可调的聚氨酯材料。他们以结构简单且具有荧光可切换性能的有机硼分子(BCD）为模块，以富含氢键的聚氨酯为基质，采用化学键合的形式将BCD分子嵌入到聚氨酯中，通过改变BCD在聚氨酯中的密度调控蓝光发射的三配位硼与红光发射的四配位硼单元之间的构型转换，从而实现了聚氨酯材料的固态全色发射。
BCD在良溶剂中发射蓝绿色荧光，固态发射红色荧光，说明BCD在溶液状态主要以三配位形式存在，而固态主要以四配位形式存在。通过向BCD的四氢呋喃溶液中加水，发光颜色由蓝绿光向红光转变。理论计算结果和核磁硼谱结果很好的验证了这一荧光切换机理，表明BCD具有密度依赖的荧光切换特性。
作者通过聚合反应将BCD引入到聚氨酯中，通过调控BCD在聚氨酯中的含量，可以实现聚氨酯固态发射由蓝光到红光的精确调控。而在四氢呋喃中，所有荧光聚氨酯（FPUs）均发射蓝绿光。
荧光聚氨酯在外界物理刺激下表现出明显变色性能。随着施加压力的增加，475 nm处的发射峰减弱，而580 nm处的红光发射峰增强，证实了BCD由三配位开环形式向四配位关环形式的转换。此外，通过对FPU2-15书写的“BIT”字母进行溶胀（溶剂吸收）和去溶胀（溶剂释放）处理，同样可以实现发光的多色可调。
通过红色荧光FPU2-30与非荧光聚氨酯（NPU）物理混合，可以减小BCD在聚氨酯中的密度，减弱BCD分子间的作用，促使BCD三配位开环状态形成，从而实现发光颜色由红光到蓝光的转变。而且，仅使用红色FPU2-30和无色NPU两种颜料就可绘制一幅彩色的莲花图案。
在该工作中，作者将密度依赖的荧光可切换的有机硼单元引入到聚氨酯中，系统的研究荧光团的发光切换机制，构筑了一系列结构新颖的全色发射聚氨酯材料，发展了一套制备固态多色发射材料的简单且行之有效的策略，为全波长的荧光材料的设计与合成提供了理论与实验基础。
文章第一作者为北京理工大学已毕业博士生王军威（现为日本名古屋大学博士后研究员），通讯作者为北京理工大学化学学院郑小燕教授（负责理论计算部分），宇航学院陈亚彬教授（负责高压荧光部分）以及材料学院李霄羽教授。
论文信息：
Density-Dependent Emission Colors from a Conformation-Switching Chromophore in Polyurethanes
Xiaoyu Li,Junwei Wang,Rui Yan,Yaofang Hu,Guoshuai Du,Guanming Liao,Huanzhi Yang,Yunjun Luo,Xiaoyan Zheng,Yabin Chen,Suning Wang
https://doi.org/10.1002/anie.202112290
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