魔芋葡甘露聚糖调控分子聚集实现高对比度时间依赖性磷光颜色

这篇研究通过魔芋葡甘露聚糖(KGM)调控1-芘甲酸(PyC)分子聚集态，创新性地实现了波长偏移达182 nm、寿命788.43 ms的高对比度时间依赖性磷光颜色(TDPC)。该工作利用KGM的空间位阻效应协同氢键网络，使孤立态、羧基二聚体和π堆叠多聚体共存，为动态信息加密和防伪提供了环保可加工的新型材料平台。

　　

分子聚集调控实现高对比度磷光变色

通过魔芋葡甘露聚糖(KGM)的立体位阻效应，研究团队成功构建了具有显著时间依赖性磷光颜色(TDPC)变化的1-芘甲酸(PyC)复合材料体系。这种创新设计使孤立态单体、羧基二聚体(PyC-H-dimer)和π堆叠多聚体(PyC-π-multimer)三种聚集态共存，产生从红色(672 nm)到蓝绿色(490 nm)的动态磷光演变，最大波长偏移达182 nm，磷光寿命长达788.43 ms。

分子工程与发光机制

KGM作为天然可食用多糖，其乙酰基团产生的空间位阻可有效隔离PyC分子，同时强氢键网络能稳定三重态激子。理论计算显示，PyC-KGM单体簇的系间窜越(ISC)过程自旋轨道耦合矩阵元素(SOCME)值提升至0.852 cm^-1，而π-二聚体的T₁→S₀跃迁SOCME达0.401 cm^-1。这种差异导致红色磷光(π堆叠态)快速衰减，蓝绿色磷光(孤立态)持续发射，形成肉眼可辨的动态变色效应。

材料优化与性能调控

通过调控PyC掺杂浓度(0.4 wt%为最优)，体系达到孤立态与聚集态磷光的理想平衡。瞬态吸收(TA)光谱显示，0.4%浓度下单体(460 nm)和聚集体(520 nm)激子寿命差达50.4 μs，显著高于其他浓度。对比实验证实，缺乏羧基的芘衍生物或脱乙酰化KGM(DKGM)均无法实现类似TDPC效果，验证了羧基二聚与乙酰基位阻的协同作用。

多维应用展示

利用KGM优异的流变性能，研究团队开发了三大应用场景：

1. 丝网印刷：海鸥图案在365 nm激发后呈现红→橙黄→蓝绿的动态防伪效果

2. 柔性薄膜：可折叠成花束等复杂形状，拉伸强度达12.3 MPa

3. 3D打印：制作的麋鹿手机支架(承重173 g)展现时间维度防伪功能

该工作为开发环保型动态磷光材料提供了新思路，其"水基加工-生物基质-多维应用"的技术路线，在高端防伪和信息加密领域展现出独特优势。通过精准调控分子聚集态实现多通道发光，这一策略或将拓展至其他光电功能材料的设计。