Multiple hydrogen-bonding induced nonconventional red fluorescence emission in hydrogels

自愈水凝胶 荧光 氢键 聚合物 材料科学 超分子化学 尼罗河红 光化学 纳米技术 化学 化学物理 分子 高分子化学 有机化学 物理 量子力学 复合材料
作者
Jiayu Wu,Yuhuan Wang,Pan Jiang,Xiaolong Wang,Xin Jia,Feng Zhou
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:47
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47880-7
摘要

The development of unconventional long-wavelength fluorescent polymer hydrogels without using polycyclic aromatic hydrocarbons or extended π-conjugation is a fundamental challenge in luminescent materials owing to a lack of understanding regarding the spatial interactions induced inherent clustering-triggered emission under water-rich conditions. Inspired by the color change of protein astaxanthin as a result of heat-induced denaturation, we propose a thermodynamically driven strategy to develop red fluorescence (~610 nm) by boiling multiple hydrogen-bonded poly(N-acryloylsemicarbazide) hydrogels in a water bath. We reveal that thermodynamically driven conformational changes of polymer chains from isolated hydrogen bonding donor-acceptor structures to through-space interaction structures induce intrinsic fluorescence shifts from blue to red during clustering-triggered emission. The proposed multiple hydrogen-bonding supramolecular hydrogel shows good fluorescence stability, mechanical robustness, and 3D printability for customizable shaping. We provide a viable method to prepare nonconventional long-wavelength fluorescent hydrogels towards soft fluorescent devices without initially introducing any fluorescent components.
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