质子转移调控下的光固化强韧室温磷光来自蒽酰亚胺

无需低温也能发光

夜光玩具和安全标识通常依赖含重金属的材料或仅在低温下表现良好。这项研究展示了化学家如何制备一种新型塑料：在短暂的紫外照射后，材料可在室温下持续发光数秒，同时在水和常见溶剂中依然保持强韧。该工作指向更安全、更耐用的余辉材料，适用于3D打印、防伪标签和隐藏信息图案等用途。

从液态墨水到固态余辉

研究团队以含有一种小有机分子——蒽酰亚胺（naphthalimide）以及两种用于制备塑料的简单单体丙烯酸和丙烯酰胺的液态混合物为起点。在紫外光下，蒽酰亚胺同时发挥两种作用。它首先生成活性物种，将这些单体连接起来，通过快速固化步骤将液体转为固态塑料网络。与此同时，蒽酰亚胺分子被困在这个新形成的刚性网络中，为室温下的长寿命发光奠定基础。结果是一种透明塑料，经过短时紫外照射后呈现明亮的黄色余辉，持续约三秒钟，与类似有机体系相比具有较长寿命和相对较高的效率。

将光锁住的特殊键

一项关键发现是，塑料组分与蒽酰亚胺分子之间的微弱化学吸引力——氢键——决定了材料的发光性能。丙烯酸提供了可与蒽酰亚胺中碱性“胺”部分共享质子的羧基，形成所谓的质子转移氢键。这些相互作用减少了本会将激发态能量以热能耗散掉的损失，帮助更多激发分子转换到寿命更长的态，并使其周围环境变得更刚性。再加上聚合物中的大量普通氢键，这些作用共同形成了一个紧密的微腔，保护了产生可见余辉所需的激发态。

比较不同单体以找到有效方案

为证明这些质子共享键的关键作用，团队测试了若干缺乏强酸性基团的常见塑料单体。当蒽酰亚胺与这些替代单体固化后，所得固体仅表现出微弱或短暂的发光，尽管整体固化过程是成功的。相比之下，由丙烯酸制成的塑料展示出更明亮、更持久的余辉。将丙烯酸与其他单体混合也能提升性能，证明即使少量的酸性基团也能大幅延长发光寿命和强度。用聚乙烯醇薄膜和小量添加酸的附加实验也显示了相同趋势，进一步证明酸—胺键合是开启强韧室温余辉的主要开关。

色彩调控与实际应用

新塑料不仅能发出黄色余辉，还能通过非接触的能量传递过程将部分储能传递给一种常见的红色染料罗丹明B（RhB）。通过改变染料用量，研究人员逐步将余辉颜色从黄色调节至深红，同时仍保持数百毫秒的可见时间。他们还将液态前驱体像墨水一样加以利用：将其倒入模具用于3D打印形状、浸渍成可发光的棉纱作为发光线材、以及涂覆成膜并用掩膜与紫外光进行图案化。这些图案包括柔性的蝴蝶图案、校徽和类似二维码的图像，在紫外光照射下发光并在光源移除后短暂余辉，使其在防伪和信息存储方面具吸引力。

这种新型发光为何重要

总之，该研究提出了一种简单配方：用单一小分子既固化塑料又提供发光，将流动的液体转为坚固的、在室温下强烈发光的塑料。通过在发光位点周围精心设计质子共享和氢键网络，研究者展示了如何将脆弱的激发态固定足够长的时间以发挥作用，而无需使用重金属或复杂工艺。这种方法有望将更安全、可定制的夜光塑料带入日常技术中，从安全标签和智能纺织品到能够存储并揭示隐藏视觉信息的印刷器件。

引用: Wang, A., Wei, H., Lin, K. et al. Proton transfer regulated photocured robust room-temperature phosphorescence from naphthalimide. Nat Commun 17, 4287 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70999-8

关键词: 室温磷光, 光固化聚合物, 余辉材料, 氢键, 防伪