多重氢键实现大面积掺杂磷光玻璃，具稳健稳定性与高温余辉

持续发光的玻璃

设想一张类似塑料的透明薄片，你可以对其裁剪、成型或打印，用小型紫外灯短暂充能后，它便能在几十秒内持续发光——即便置于高温烘箱或强溶剂中亦能如此。该研究正描述了这种材料：一类新的有机发光玻璃，兼具长时余辉、韧性和易加工性，为更安全的应急标识、防伪标签和未来显示器等应用打开了大门。

为什么长效发光重要

大多数日常的夜光物品依赖无机晶体，这些晶体通常坚硬易碎且制备需高温。有机发光材料以碳基分子为主，承诺提供更轻、更柔韧且易于调控的替代方案。然而，要让有机材料在室温下高效储存光并缓慢释放（即持续磷光或余辉）并不容易。承载储能的激发态容易被分子微小运动或空气中的氧气淬灭，因此发光往往迅速衰减或强度不足以满足实际应用。

构建更好的发光玻璃

研究团队通过设计一种特殊的主‑客体系来应对这一挑战。主体是小分子、非共轭的1,2,3,4‑丁烷四羧酸（BTA），带有多个可形成氢键的酸基。当在乙醇中浓缩的BTA溶液缓慢干燥时，分子不会结晶为有序晶格。相反，它们形成透明的无定形玻璃——本质上是没有长程有序但局部致密的“冻结液体”。在该主体系中，团队掺入微量刚性芳香酐类“客体”分子，这些分子本身是良好的发光体，但单独在室温下通常不表现出强余辉。

氢键如何锁住光

细致的实验和计算模拟揭示了这种组合为何效果显著。在玻璃中，BTA分子以无序但紧密互联的网络排列，酸基间的众多氢键将其维系在一起。这些连接创造出一个刚性的微观环境，将客体分子“囚禁”起来，限制它们的振动和转动，从而避免能量以热的形式耗散。同时，主客两者中存在的多个羰基和氧原子有助于将激发电子引导至寿命较长的三重态，在那里储存的能量可以缓慢以磷光的形式释放。结果是一种透明玻璃，可发光长达约40秒，磷光效率高达56.8%，在纯有机材料中名列前茅。

在严苛条件下保持明亮

与传统晶体不同，基于BTA的玻璃在苛刻环境下仍能保持性能。其余辉在高达200 °C时仍可见——许多有机发光体在此温度下会失效——且材料经多次加热和冷却循环后发光几乎无明显衰减。它在空气中放置数月后仍保持无定形与发光，浸泡在多种有机溶剂中（从非极性六烷到极性二甲基亚砜）亦能保持稳定。由于该玻璃由溶液在适中温度下形成，且玻璃化转变温度相对较低，因此可通过热塑性成型加工为大块物件或大面积面板而不易开裂或结晶。

从实验室玻璃到实用器件

这些特性使该材料极具实用价值。作者演示了一个25 cm × 25 cm的发光面板，可作为自供能的应急地图：短时间的紫外照射为面板充能，随后它释放足够的光以在黑暗中显示打印细节。他们还展示了3D形状的发光物体和通过轻柔熔合不同掺杂客体的片段得到的多色块状玻璃。最后，通过用不同版本的玻璃覆盖紫外LED阵列，他们制备出在断电后按时间错开的发光数字图案，表明在信息加密与安全标签方面的潜在用途。

对未来发光材料的意义

简而言之，该研究表明：许多小的氢键以无序玻璃而非完美晶体的形式排列，能极好地稳定储光态。BTA主体系像一个坚韧透明的支架，同时保护并激活客体分子的发光。由于该方法在化学上具有灵活性，并能与不同客体配合产生多种颜色，它为制造大面积、可成型、长余辉的玻璃提供了通用配方，可用于先进显示、智能照明和防伪技术。

引用: Chen, C., Yang, Y., Zhang, L. et al. Multiple hydrogen bonding enables large-area doped phosphorescent glasses with robust stability and high-temperature afterglow. Nat Commun 17, 1870 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68590-2

关键词: 余晖玻璃, 室温磷光, 氢键, 有机发光材料, 防伪