Raumtemperatur-Phosphoreszenz von Naturholz, aktiviert durch externe Chloridanion-Behandlung

Jun 20, 2023

Nature Communications Band 14, Artikelnummer: 2614 (2023) Diesen Artikel zitieren

2503 Zugriffe

2 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Die Erzeugung nachleuchtender Raumtemperatur-Phosphoreszenz (RTP) aus natürlichen Quellen ist ein attraktiver Ansatz für nachhaltige RTP-Materialien. Die Umwandlung natürlicher Ressourcen in RTP-Materialien erfordert jedoch häufig giftige Reagenzien oder eine komplexe Verarbeitung. Hier berichten wir, dass Naturholz durch Behandlung mit Magnesiumchlorid in ein brauchbares RTP-Material umgewandelt werden kann. Insbesondere entsteht beim Eintauchen von Naturholz in eine wässrige MgCl2-Lösung bei Raumtemperatur sogenanntes C-Holz, das Chloridanionen enthält, die die Spin-Bahn-Kopplung (SOC) fördern und die RTP-Lebensdauer erhöhen. Auf diese Weise hergestelltes C-Holz weist eine intensive RTP-Emission mit einer Lebensdauer von ~ 297 ms auf (gegenüber ca. 17,5 ms bei Naturholz). Als Demonstration der potenziellen Nützlichkeit wird eine nachleuchtende Holzskulptur vor Ort hergestellt, indem die ursprüngliche Skulptur einfach mit einer MgCl2-Lösung besprüht wird. C-Holz wurde außerdem mit Polypropylen (PP) gemischt, um druckbare nachleuchtende Fasern zu erzeugen, die für die Herstellung von leuchtenden Kunststoffen per 3D-Druck geeignet sind. Wir gehen davon aus, dass die vorliegende Studie die Entwicklung nachhaltiger RTP-Materialien erleichtern wird.

Nachleuchtende Raumtemperatur-Phosphoreszenzemission (RTP) ist definiert als Emission, die nach Entfernung der Anregungsquelle länger als 100 ms anhält1. Materialien mit nachleuchtender RTP-Emission weisen lange Lebensdauern, große Stokes-Verschiebungen und gute Signal-Rausch-Verhältnisse auf. Oft sind sie mit bloßem Auge leicht zu erkennen. Diese Eigenschaften haben RTP-Materialien für den Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen attraktiv gemacht, darunter visuelle Dekorationen, optische Sensorik, biologische Bildgebung und Informationsverschlüsselung2,3,4,5,6. Organische nachleuchtende RTP-Materialien aus natürlichen Quellen sind von besonderem Interesse, da von ihnen erwartet wird, dass sie nachhaltig, flexibel, biokompatibel und in großem Maßstab verfügbar sind7,8.

Um nachhaltige nachleuchtende RTP-Materialien zu erhalten, müssen zwei entscheidende Hindernisse überwunden werden9,10,11. Erstens müssen die Triplett-Exzitonen der dem Ausgangsmaterial innewohnenden Chromophore effektiv besiedelt werden, indem die ISC von Singulett-Exzitonen zu Triplett-Exzitonen erleichtert wird, was typischerweise eine effiziente Spin-Bahn-Kopplung (SOC)12,13 erfordert. Zweitens muss die strahlungslose Deaktivierung der resultierenden Triplett-Exzitonen unterdrückt werden14,15,16,17,18.

Basierend auf diesen Prinzipien wurden zwei allgemeine Strategien zur Herstellung wirksamer, nachhaltiger nachleuchtender RTP-Materialien verfolgt. Der erste Ansatz basiert auf der Umwandlung von Biomassematerialien (wie Gelatine, Zellulose und Reisschalen) in Kohlenstoffpunkte mit effizientem SOC; Diese Punkte werden dann in einer organischen Matrix eingeschlossen, um die Triplett-Exzitonen zu stabilisieren19,20,21. Eine andere Strategie besteht darin, direkt unbehandelte natürliche Materialien wie Lignin, Gelatine und Cellulose als Chromophore zu verwenden, die in eine starre Matrix eingebunden sind22,23,24,25. Die Herstellung dieser nachhaltigen RTP-Systeme erfordert jedoch im Allgemeinen den Einsatz toxischer Reagenzien, energieaufwendiger Prozesse oder komplexer Verfahren, die im großen Maßstab nur schwer durchzuführen sind. Beispielsweise haben wir im Rahmen unserer früheren Forschung Holz mithilfe der Ligninoxidation, unterstützt durch NaOH und konzentriertes H2O225, in strukturelle RTP-Materialien umgewandelt. Allerdings ist das Trocknen des konzentrierten H2O2-haltigen Holzes im Ofen bei hohen Temperaturen sehr gefährlich (potenziell explosionsgefährlich). Außerdem zerstört die Oxidation von Lignin die physikalisch-chemische Stabilität des Holzes26,27,28,29. Daher besteht weiterhin ein Bedarf an Methoden, die eine bequeme und kostengünstige Herstellung nachleuchtender RTP-Materialien aus nachhaltigen Quellen ermöglichen.

Um die oben genannte Herausforderung zu bewältigen, hat es uns für Holz interessiert. Holz ist ein weitgehend erneuerbarer Rohstoff, der eine kurze Phosphoreszenz (~17–30 ms) aufweist, ein Ergebnis, das auf den Einschluss von Lignin in der zugehörigen Zellulose- und Hemizellulosematrix zurückzuführen ist25,30,31. Frühere Berichte haben gezeigt, dass die Lebensdauer phosphoreszierender Chromophore durch die Behandlung mit Schweratomsalzen32,33,34, bestimmten kleinen Molekülen35,36,37,38,39 oder Polymeren40,41,42 verlängert werden kann. Diese Ansätze wurden jedoch nicht in großem Umfang für die Herstellung natürlicher, nachleuchtender RTP-Materialien auf Holzbasis auf milde Weise genutzt. Wie unten beschrieben, ist es uns nun gelungen, die Lebensdauer von Naturholz durch eine 2-sekündige Behandlung mit 1 M wässrigem Magnesiumchlorid bei Raumtemperatur von ca. 17,5 ms auf ca. 297 ms zu verlängern (Abb. 1a). Das so erhaltene Chloridionen enthaltende Holz (C-Holz) zeigte eine extrem lange Nachleuchtemission. Im Hinblick auf eine schnelle und reproduzierbare Aufbereitung von C-Holz (Abb. 1b) haben wir eine automatische Fertigungslinie entwickelt, bei der das Ausgangsholz von Robotern manipuliert und in eine wässrige MgCl2-Lösung getaucht wurde, bevor es zum Transport und Trocknen auf die Linie gegeben wurde (Abb. 1c und Zusatzfilm 1). Wir fanden auch heraus, dass C-Holz mithilfe von Polypropylen (PP) in nachleuchtende Fasern umgewandelt werden kann, was seine Verwendung im 3D-Druck ermöglicht.

a Schematische Darstellung der Herstellung von bei Raumtemperatur phosphoreszierendem C-Holz aus natürlichem Lindenholz. b Fotografien von C-Holz unter Hellfeld (oben), UV-Bestrahlung (Mitte) und nach Ausschalten des UV-Lichts (unten). Nachleuchtbilder wurden 120 ms nach dem Ausschalten des UV-Lichts aufgenommen. c Cartoon-Illustration einer automatischen Produktionslinie zur Umwandlung von Naturholz in ein nachleuchtendes Material.

Im Allgemeinen wurde natürliches Holz mithilfe externer Chloridionen in RTP-Materialien (C-Holz) mit einer Lebensdauer von ~297 ms umgewandelt. Das präparierte C-Holz zeigte großes Potenzial als lumineszierendes Material für den 3D-Druck.

In dieser Studie wurde Linde als repräsentatives Naturholz ausgewählt. Es wurde durch Einweichen in 1 mol L−1 (M) wässrigem MgCl2 für 2 s bei Raumtemperatur in C-Holz umgewandelt. Die MgCl2-Beladung von C-Holz beträgt 8,5 %, ermittelt durch Massenänderungen. Außerdem wurde eine automatische Fertigungslinie entwickelt, um das Holz bequem und schnell vorzubereiten (Zusatzfilm 1). SEM-Bildgebungsstudien bestätigten, dass das resultierende C-Holz eine poröse Struktur analog der des ursprünglichen Ausgangsholzes beibehielt (Abb. 2a und ergänzende Abb. 1). Die Elementkartierung des C-Holzes bestätigte, dass C, O, Mg und Cl gleichmäßig in den Zellwänden des Holzes verteilt sind (Abb. 2b). Darüber hinaus zeigte das XRD-Muster für das auf diese Weise hergestellte C-Holz die charakteristischen Signale von Naturholz und MgCl2, was uns zu dem Schluss führte, dass die Behandlung mit MgCl2 die Grundstruktur des Ausgangsmaterials nicht veränderte (Abb. 2c). Insbesondere das Naturholz zeigte bei 20 °C ein starkes Signal, das auf Typ-I-Zellulose in der Holzmatrix zurückzuführen ist43. Die Behandlung mit MgCl2 veränderte die Kristallstruktur des Naturholzes nicht. Spektroskopische Analysen des C-Holzes ergaben ein Fluoreszenzemissionsmerkmal bei 465 nm und eine stark nachleuchtende RTP-Emission bei 545 nm mit einer Lebensdauer von ~ 297 ms und einer Quantenausbeute von ~ 4,7 % (Abb. 2d bis f, ergänzende Abb. 2 und Ergänzungsfilm 2). Um die Reproduzierbarkeit zu bestätigen, haben wir 5 Proben unter den gleichen Bedingungen vorbereitet und ihre Lebensdauer gemessen, wobei für jede Probe 5 Wiederholungsmessungen durchgeführt wurden (ergänzende Abbildung 3). Es wurden übereinstimmende und reproduzierbare Ergebnisse erzielt. Im Gegensatz dazu zeigte unbehandeltes Holz eine schwache Nachleuchtemission und eine relativ kurze Lebensdauer (~ 17,5 ms) (Ergänzende Abbildung 2). Zeitaufgelöste spektroskopische44,45,46 Analysen bestätigten, dass C-Holz nach Photoanregung bei 365 nm ein langanhaltendes und stabiles Nachleucht-Phosphoreszenzmerkmal erzeugt, das bei 545 nm zentriert ist, wobei diese Emission bis zu 1100 ms lang nachweisbar bleibt (Abb. 2g). . Die Lebensdauer des C-Holzes konnte durch Variation der Konzentration der MgCl2-Lösung, mit der das einheimische Holz behandelt wurde, eingestellt werden. Beispielsweise könnte die Lebensdauer von C-Holz auf ca. 1 Jahr erhöht werden. 364 ms bei Verwendung von 2 M MgCl2 (Abb. 2h). Einheimisches Holz, das auf analoge Weise mit verschiedenen einwertigen, zweiwertigen oder dreiwertigen Chloridanionensalzen bei äquivalenten Chloridanionenkonzentrationen (2 M) behandelt wurde, einschließlich AlCl3, ZnCl2, KCl, NaCl, BaCl2, SrCl2 und CaCl2, zeigte im Vergleich zu Holz ebenfalls eine längere Lebensdauer unbehandeltes Holz (Kontrollgruppe) (Abb. 2i). Um den Einfluss unterschiedlicher pH-Werte dieser Lösungen auf die RTP-Emission von Holz auszuschließen, wurde Naturholz mit dem entsprechenden pH-Wert behandelt, der durch Säure (CH3COOH) oder Base (NH3·H2O) vermittelt wurde. Das behandelte Holz zeigte keine verlängerte RTP-Lebensdauer (ergänzende Abbildung 4 und ergänzende Abbildung 5).

a Rasterelektronenmikroskopische (REM) Bilder von C-Holz; Maßstabsbalken = 50 μm. b Elementkartierung von C-Holz: C, O, Mg und Cl. c Röntgenbeugungsmuster (XRD) von Holz (blaue Linie), C-Holz (rote Linie) und MgCl2 (schwarze Linie). d Fluoreszenz- (FL, schwarze Linie) und Phosphoreszenzspektren (PL, rote Linie) von C-Holz, behandelt mit 1 M wässrigem MgCl2 bei Raumtemperatur. e, Phosphoreszenzspektren von C-Holz (rote Linie) und Naturholz (blaue Linie) bei Raumtemperatur. Nachleuchtbilder wurden 120 ms nach dem Ausschalten des UV-Lichts aufgenommen. f Lebensdauer von Holz und C-Holz. g Zeitabhängige Phosphoreszenzemission von C-Holz. h, RTP-Lebensdauer von C-Holz, behandelt mit unterschiedlichen Konzentrationen von MgCl2. i Lebensdauer von C-Holz, zubereitet mit verschiedenen Salzen; die Konzentration der Chloridanionen betrug in allen Fällen 2 M. j Lebensdauer von C-Holz (mit 1 M MgCl2 behandeltes Lindenholz), S-Holz (mit 1 M MgSO4 behandeltes Lindenholz) und N-Holz (mit 1 M Mg(NO3)2 behandeltes Lindenholz) bei Raumtemperatur. k RTP-Spektren von C-Holz (rote Linie), S-Holz (blaue Linie) und N-Holz (schwarze Linie). l Einfluss des Cl-Gehalts auf die C-Holz-RTP-Lebensdauer. Anregungswellenlänge = 365 nm.

Proben wurden auch durch Behandlung von natürlichem Lindenholz mit Mg(NO3)2 und MgSO4 hergestellt. Mit Mg(NO3)2 (N-Holz) und MgSO4 (S-Holz) behandeltes Lindenholz zeigte eine schwache Phosphoreszenzemission und kürzere Lebensdauern von 4,9 ms bzw. 36,6 ms (Abb. 2j und k). Es wurde vorgeschlagen, dass die verkürzte Lebensdauer von N-Holz die Löschwirkung von NO3-Anionen widerspiegelt47,48. Wir schließen daraus, dass das Chloridanion eine entscheidende Rolle bei der Verlängerung der RTP-Lebensdauer spielt. Andere Halogenid-Anionensalze, nämlich KBr, MgBr2 und KI, wurden ebenfalls bewertet; Auch hier wurde eine Verlängerung der RTP-Lebensdauer beobachtet (ergänzende Abbildung 6–8). Aus Gründen der Einfachheit, Wirksamkeit und Kosten haben wir uns in der vorliegenden Studie jedoch auf MgCl2 konzentriert.

Um zu verifizieren, dass MgCl2 für die RTP-Emission entscheidend ist, wurde C-Holz mit Wasser gewaschen, um das MgCl2 zu entfernen. Nach dem Waschen verringerte sich die Lebensdauer von C-Holz von ca. 284 ms bis etwa 94 ms mit einer gleichzeitigen Abnahme des elementaren Chlorgehalts von 3,97 % auf 0,91 %, bestimmt durch XPS-Analyse (Abb. 2l und ergänzende Abb. 9). Der Einfluss der Umgebungsfeuchtigkeit auf die Phosphoreszenzlebensdauer von C-Holz wurde ebenfalls bewertet. Die Feuchtigkeit kann die Triplett-Exzitonen löschen49,50. Dadurch wurde das C-Holz leicht durch Feuchtigkeit abgeschreckt. Es wurde festgestellt, dass die Phosphoreszenzlebensdauer mit zunehmender Luftfeuchtigkeit abnahm. Beispielsweise sank die Phosphoreszenzlebensdauer auf 5, 89 ms, als die Luftfeuchtigkeit 90 % erreichte (ergänzende Abbildung 10). Die Phosphoreszenzlebensdauer erholte sich nach dem Trocknen der Probe. Im Verlauf wiederholter „Befeuchtungs-Entfeuchtungs“-Zyklen wurde nur eine geringfügige Verschlechterung der RTP-Lebensdauer des getrockneten C-Holzes beobachtet (ergänzende Abbildung 11). Das Problem kann jedoch gelöst werden, indem das RTP-Holz mit einem hydrophoben Wachs beschichtet wird. Nach der Beschichtung mit Holzwachs verringerte sich die Lebensdauer des Holzes bei Änderungen der Luftfeuchtigkeit nicht (ergänzende Abbildung 12).

Um die Rolle von Lignin besser zu verstehen, wurde delignifiziertes Holz hergestellt51. Wie erwartet zeigte delignifiziertes Holz eine sehr kurze Phosphoreszenzlebensdauer (~2,1 ms). Das Einbringen von MgCl2 in das delignifizierte Holz führte offensichtlich nicht zu einer Verlängerung seiner RTP-Lebensdauer (~2,3 ms) (ergänzende Abbildung 13). Darüber hinaus führte die Einbettung von technischem Lignin wie Alkalilignin (AL) und Ligninsulfonat (LS-Na) in Zellulosezellstoff zu RTP-Emissionen mit Lebensdauern von 127,5 ms bzw. 141,7 ms. Darüber hinaus stieg der Wert bei Zugabe von MgCl2 auf 554,7 ms bzw. 356,1 ms (Ergänzende Abbildung 14 und Ergänzende Abbildung 15). Alle diese Ergebnisse bestätigten, dass Lignin das RTP-Chromophor in der Holzmatrix ist und durch externe Chloridanionen aktiviert werden kann.

Um Einblicke in die Determinanten zu gewinnen, die dem beobachteten Anstieg der RTP-Lebensdauer bei C-Holz zugrunde liegen, wurden theoretische Berechnungen durchgeführt. Hier wurde eine Modelleinheit (Ergänzungsabbildung 16) für Lignin-Kohlenhydrat-Komplexe im Holz eingesetzt52. Wie aus den hochauflösenden XPS-Spektralstudien hervorgeht, gibt es zwei Arten von Cl– in C-Holz, nämlich Cl– aus freiem MgCl2 und Cl– aus koordiniertem MgCl253 (ergänzende Abbildung 17). In den Berechnungen wurden beide Arten von Cl–-Anionen berücksichtigt (Abb. 3b). Es wurde festgestellt, dass der Abstand zwischen Cl– (vom koordinierten MgCl2) und der nächsten π-Oberfläche zwischen 4,6 und 5,0 Å variiert, was uns zu dem Schluss führt, dass die Chlorid-Anion-π-Wechselwirkungen bestenfalls bescheiden sind (ergänzende Abbildung 18). Der entsprechende Cl-···π-Abstand (für das freie MgCl2) betrug jedoch 3,56 Å. Es wurde erwartet, dass dieser relativ enge Kontakt den durch das Chloridanion geförderten SOC erleichtert. (Abb. 3b und ergänzende Abb. 18). Die theoretischen Berechnungen stützten auch die Annahme, dass die SOC-Konstante für C-Holz (0,30 cm−1) höher war als der Wert für Naturholz (0,11 cm−1), S-Holz (0,04 cm−1) und N-Holz. Holz (0,037 cm−1) (Abb. 3a). Ein starker SOC erleichtert ISC und dient somit der Verbesserung der RTP-Emission. Die Werte der Spin-Bahn-Kopplung korrelieren positiv mit der Erzeugung von Singulett-Sauerstoff54,55,56. Daher haben wir die Erzeugung von Singulett-Sauerstoff durch C-Holz und Naturholz unter Verwendung von 9,10-Anthracendiyl-bis(methylen)-dimalonsäure (ABDA) als Singulett-Sauerstoffsonde57 bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass C-Holz eine schnellere und signifikantere Erzeugung von Singulett-Sauerstoff aufwies als natürliches Holz, was darauf hindeutet, dass C-Holz einen erhöhten SOC-Wert aufweist (ergänzende Abbildung 19). Auf der Grundlage dieser Analysen schlagen wir vor, dass es die Cl-···π-Wechselwirkungen in den mit MgCl2 behandelten Proben sind, die zu der beobachteten langen Nachleuchtemission führen.

a Werte der Spin-Bahn-Kopplung (SOC) zwischen den S1- und T1-Zuständen, berechnet für Modell-C-Holz-, S-Holz-, N-Holz- und Kontrollproben (natürliches Holz). b Simulierter Aufbau eines C-Holz-Modells. c–j Fluoreszenz- (schwarze Linie) und Phosphoreszenzspektren (rote Linie) von Pappel, Teak, Ahorn, Balsa, Schima, Walnuss, Buche und Kiefer, behandelt mit 1 M wässrigem MgCl2 bei Raumtemperatur. Der Einschub zeigt C-Holz vor (links) und nach (rechts) dem Ausschalten der Anregungsquelle (einer 365-nm-UV-Lampe). Alle Nachleuchtbilder in c–j wurden 120 ms nach dem Ausschalten des UV-Lichts aufgenommen. k, RTP-Lebensdauer von Pappel, Teak, Ahorn, Balsa, Schima, Walnuss, Buche, Kiefer und den entsprechenden C-Holzformen. Anregungswellenlänge = 365 nm.

Um zu testen, ob die vorliegende Strategie auf andere Holzarten ausgeweitet werden kann, wurden Proben von Pappel-, Teak-, Ahorn-, Balsa-, Schima-, Walnuss-, Buchen- und Kiefernholz mit MgCl2 unter Verwendung des gleichen Protokolls wie oben beschrieben behandelt. In allen Fällen wurde festgestellt, dass die resultierenden Proben bei Bestrahlung mit 365 nm blau fluoreszierten und eine langlebige gelbgrüne Phosphoreszenz erzeugten.

Interessanterweise zeigte das aus verschiedenen Holzarten hergestellte C-Holz unterschiedliche Emissionsspektren und Lebensdauern. Um besser zu verstehen, warum dies der Fall war, wurden die Belastung und die inhärenten physikalisch-chemischen Eigenschaften von Naturholz analysiert. Die Massenanalyse ergab, dass das Holz eine unterschiedliche MgCl2-Beladungsmenge aufwies, obwohl es mit der gleichen Konzentration an MgCl2-Lösung behandelt wurde (ergänzende Abbildung 20). Dies wurde auf unterschiedliche Adsorptionskapazitäten des Holzes zurückgeführt, die durch die verschiedenen porösen Strukturen verursacht wurden58,59,60,61 (Abb. 4a). Insbesondere C-Holz aus Linde und Schimaholz zeigte unterschiedliche Spektren und Lebensdauern, obwohl sie eine ähnliche MgCl2-Beladung aufwiesen. Dies hing mit den inhärenten physikochemischen Eigenschaften von Lignin im Holz zusammen, die für die RTP-Emission entscheidend sind. Im Allgemeinen besteht Lignin aus drei aromatischen Einheiten, Guaiacyllignin (G), Syringyllignin (S) und para-Hydroxyphenyllignin (H), die durch eine COC- und CC-Bindung verbunden sind. Die Verhältnisse dieser aromatischen Einheiten und Verknüpfungen variieren zwischen den Holzarten62,63. Diese unterschiedlichen Molekülstrukturen, supramolekularen Aggregate und Ligninkonzentrationen können zu unterschiedlichen Photolumineszenzeigenschaften führen64,65. Um den Ligninunterschied in diesen Hölzern zu klären, wurde der Ligningehalt mit der Klason-Methode66 charakterisiert. Wie erwartet war der Ligningehalt in diesen Hölzern unterschiedlich und schwankte zwischen 23,2 % und 34,4 % (Abb. 4c). Am Beispiel von Linde, Buche und Kiefer wurde außerdem eine 2D-HSQC-NMR-Analyse durchgeführt67. Die Ergebnisse zeigten, dass Lignin in diesen Hölzern unterschiedliche G/S/H-Verhältnisse und Strukturen aufwies (Abb. 4b). Alle diese Ergebnisse legen nahe, dass eine unterschiedliche Beladung mit MgCl2 und die inhärenten physikochemischen Eigenschaften von Lignin zu den unterschiedlichen Emissionsspektren und Lebensdauern beitragen.

ein REM-Bild verschiedener Naturhölzer, Maßstabsbalken = 100 μm. b Die 2D-HSQC-NMR-Spektren von Lignin aus Linde, Buche und Kiefer (DMSO-d6, 200 mg mL−1). c Klason-Ligningehalt von Linde, Pappel, Teak, Ahorn, Balsa, Schima, Walnuss, Buche und Kiefer. RTP-Abklingprofile (d) und RTP-Lebensdauer (e) von Pappel, Teak, Ahorn, Balsa, Schima, Walnuss, Buche und Kiefer, behandelt mit 1 M CaCl2. Anregungswellenlänge = 365 nm.

Die entsprechenden Nachleucht-RTP-Lebensdauern für die behandelten Pappel-, Teak-, Ahorn-, Balsa-, Schima-, Walnuss-, Buchen- und Kiefernholzproben betrugen 275,87 ms, 89,94 ms, 186,41 ms, 246,10 ms, 76,08 ms, 87,34 ms, 193,04 ms und 66,04 ms. jeweils. Diese RTP-Effekte konnten mit bloßem Auge nach Ausschalten der UV-Lampe leicht beobachtet werden (Abb. 3c-k). Wir schlagen daher vor, dass die MgCl2-Behandlung ein allgemeines Mittel zur Herstellung nachleuchtender Materialien aus Holz darstellt. Darüber hinaus wurde auch die langlebige RTP-Lebensdauer von C-Holz unter Verwendung verschiedener Holzarten untersucht (Abb. 4d, e). Die entsprechenden Nachleucht-RTP-Lebensdauern für die behandelten Pappel-, Teak-, Ahorn-, Balsa-, Schima-, Walnuss-, Buchen- und Kiefernholzproben betrugen 285,66 ms, 77,21 ms, 289,46 ms, 287,99 ms, 140,82 ms, 174,23 ms, 253,91 ms und 153,13 ms. jeweils.

Nachhaltige Materialien für die Innenbeleuchtung stellen eine offensichtliche und wesentliche Anforderung dar. Der aktuelle C-Wood-Ansatz könnte in dieser Hinsicht eine Rolle spielen. Um diese Möglichkeit zu prüfen, wurde eine Lindenskulptur mit einer MgCl2-Lösung besprüht. Unseren Erwartungen entsprechend zeigte die behandelte Skulptur Nachleuchtemissionen (Abb. 5a). Darüber hinaus konnten gemusterte Strukturen erhalten werden, indem MgCl2 durch eine Schablone auf die Oberfläche einer Lindenholzoberfläche gesprüht wurde (Abb. 5b, c).

a, Fotos einer C-Holzskulptur vor (Mitte) und nach (rechts) dem Ausschalten einer 365-nm-UV-Lampe; Maßstabsbalken = 1 cm. b und c Fotos des C-Holzmusters vor (Mitte) und nach (rechts) dem Ausschalten einer 365-nm-UV-Lampe; Maßstabsbalken = 1 cm. Nachleuchtbilder in Wechselstrom wurden 120 ms nach dem Ausschalten des UV-Lichts aufgenommen. d, Schematische Darstellung der Herstellung druckbarer nachleuchtender Kunststoffe aus C-Holz und Polypropylen (PP). e Fotos von druckbaren Fasern vor (Mitte) und nach (unten) dem Ausschalten einer 365-nm-UV-Lampe; Maßstabsbalken = 1 cm. f Fotos von gedruckten Kaninchen, Tannenzapfen und Waben vor (Mitte) und nach (rechts) dem Ausschalten einer 365-nm-UV-Lampe; Maßstabsbalken = 1 cm. Nachleuchtbilder in ef wurden 140 ms nach dem Ausschalten des UV-Lichts aufgenommen.

Ein weiteres interessantes Material sind lumineszierende Kunststoffe. Sie sind vielversprechend für den Einsatz in Energiespeicheranwendungen68, der LED-Produktion69 und der Informationsspeicherung50. Aufgrund der ständig steigenden Nachfrage nach unregelmäßig geformten Materialien haben in diesem Zusammenhang 3D-druckbare lumineszierende Kunststoffe besondere Aufmerksamkeit erhalten. Um zu testen, ob das vorliegende C-Holz zur Herstellung nachleuchtender, lumineszierender Kunststoffe für den 3D-Druck verwendet werden kann, haben wir C-Holz mit Polypropylen (PP) gemischt. Konkret wurde C-Holz-Pulver (10 g) mit PP (990 g) gemischt, um C-Holz/PP-Massenverbundstoffe zu erhalten (siehe Hintergrundinformationen für experimentelle Details). Anschließend wurde der C-Holz/PP-Massenverbund mit einem Schneckenextruder zu druckbaren Fasern verarbeitet (Abb. 5d, e). Die Fasern zeigten eine Zugfestigkeit von 25,63 MPa (ergänzende Abbildung 21). Diese Fasern wurden dann in repräsentative Formen gedruckt, beispielsweise in ein Kaninchen, eine Wabe und einen Tannenzapfen (Abb. 5f). Alle resultierenden Konstrukte zeigten nach Photoanregung eine lange Nachleuchtemission. Darüber hinaus zeigte die gedruckte Probe nach dreimonatiger Lagerung keine Verkürzung der Lebensdauer (ergänzende Abbildung 22).

Zusammenfassend haben wir gezeigt, dass Naturhölzer durch einfache Behandlung mit wässrigem MgCl2 in nachleuchtende RTP-Materialien umgewandelt werden können. Die Lebensdauer von natürlichem Lindenholz konnte durch Behandlung mit wässrigem 1 M MgCl2 für 2 Sekunden bei Raumtemperatur um das etwa 17-fache erhöht werden (was eine RTP-Lebensdauer von etwa 297 ms ergibt). Dieser Anstieg wird auf die durch die eingebetteten Chloridanionen erzeugte Verbesserung des SOC zurückgeführt. Aus betrieblicher Sicht ist es wichtig zu beachten, dass für die Umwandlung von einheimischem Holz in C-Holz keine nennenswerten energieverbrauchenden Schritte oder toxischen Reagenzien erforderlich waren. Darüber hinaus könnte C-Holz in Kombination mit PP verwendet werden, um nachleuchtende druckbare Fasern herzustellen, die dann in 3D gedruckt werden könnten, um eine Vielzahl von RTP-Konstrukten zu erstellen. Wir glauben, dass unsere Materialien im Vergleich zu herkömmlichen RTP-Materialien viele Vorteile für praktische Anwendungen bieten: a. Als Rohstoffe für die RTP-Materialien wurden nachhaltiges und erneuerbares Holz verwendet, das in großem Maßstab zu einem niedrigen Preis gewonnen werden konnte, b. Die Methode zur Herstellung der RTP-Materialien aus Naturholz war einfach und schonend und erzeugt bei der Herstellung keine giftigen Nebenprodukte; C. Darüber hinaus können unsere aus Holz gewonnenen RTP-Materialien problemlos in Pulver, Filme und Strukturmaterialien umgewandelt werden, die für alle praktischen Anwendungen geeignet sind25,70. Angesichts dieser Vorteile glauben wir, dass die vorliegende Strategie in einer Reihe von Anwendungsbereichen Anwendung finden könnte, in denen sich RTP-Materialien als nützlich erweisen könnten, darunter bei der Fälschungsbekämpfung, der Produktion flexibler Displays sowie der Herstellung von Textilien und lumineszierenden Beschichtungen. Die Erforschung von C-Holz steckt noch in den Kinderschuhen und daher bestehen bei der praktischen Anwendung Mängel, insbesondere im Vergleich zu anderen aufkommenden phosphoreszierenden Materialien wie molekularen Kristallen, molekularen Gast-Wirt-Systemen, metallorganischen Gerüsten und Polymerverbundwerkstoffen gelten als vielversprechender Ersatz für herkömmliche anorganische phosphoreszierende Massenmaterialien11,71,72,73,74. Beispielsweise zeigt die Lebensdauer von C-Holz im Vergleich zu aktuell gemeldeten Materialien keine signifikanten Verbesserungen. Allerdings weist C-Holz eine mit vielen dieser Materialien vergleichbare Lebensdauer auf (Abb. 6)46,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87. Daher wird es ein wichtiges zukünftiges Ziel sein, die Lebensdauer von C-Holz zu verlängern. Darüber hinaus kann die RTP-Wellenlänge der gemeldeten phosphoreszierenden Materialien durch gezielte Synthese88 abgestimmt werden. Im Fall von C-Holz sind wir jedoch durch die natürlich verfügbare Struktur von Lignin eingeschränkt, sodass die RTP-Wellenlänge von C-Holz nicht einfach verändert werden kann. Eine Möglichkeit für die zukünftige Entwicklung wäre die Zusammenarbeit mit Pflanzenphysiologen, um modifiziertes Lignin über Gentechnik zu erhalten89 und Holz mit gezielten RTP-Emissionsspektren nach Cl-Modifikation zu züchten. Daher könnte es in Zukunft möglich sein, C-Holz mit unterschiedlichen RTP-Wellenlängen aus modifiziertem Naturholz herzustellen.

(BAPPZn2Cl8;46 MPPy-H, MPPy-F, MPPy-Cl und MPPy-Br;75 m-Nacpb;76 CPM, CMPM und CMOPM;77 TPA/2TPA, TPA/3TPA, TPA/4TPAB und TPA/4TPAL;78 CzPBr, CzBBr, CzPCl und CzBCl;79 MONI@BrBI, MSNI@BrBI und MNNI@BrBI;80 NL/DCB;81 TMA, TDMA und TDEA;82 MOFs@SiNPs;83 Cell-ImCNCl;84 SW-CPDs;85 LA -H@PVA;86 PVP-S, PVP-C und PVP-B87).

Die Holzproben wurden in eine 1 M wässrige MgCl2-Lösung (oder eine wässrige Lösung anderer Salze, die 2 M in Cl– enthielten) getaucht. Nach 2 Sekunden Eintauchen wurde die Holzprobe aus der MgCl2-Lösung (oder der wässrigen Lösung anderer Salze) entnommen und 60 Minuten bei 105 °C getrocknet, um C-Holz zu ergeben. N-Holz und S-Holz wurden durch Ersetzen des MgCl2 durch 1 M wässrige Mg(NO3)2- bzw. 1 M wässrige MgSO4-Lösung nach dem gleichen Verfahren erhalten.

Cholinchlorid (ChCl, 2,0 g) und Milchsäure (12,9 g) wurden zusammengemischt und auf 80 °C erhitzt, bis die festen Pulver vollständig verschwunden waren, um ein tiefeutektisches Lösungsmittel (DES) zu erhalten. Danach wurde die Mischung in einem Exsikkator abgekühlt. Vor der DES-Behandlung wurden die Holzproben luftgetrocknet und auf eine bestimmte Größe (Mesh 40) gemahlen. Danach wurden trockene Holzpulver (1 g) zu DES (10 g) gegeben. Die Reaktionsmischung wurde 6 Stunden lang bei 145 °C gehalten. Die Mischung wurde dann abgekühlt und die in DES löslichen Fraktionen wurden durch Filtration, unterstützt durch Waschen mit Ethanol (30 ml), abgetrennt. Anschließend wurde dem Filtrat Wasser (100 ml) zugesetzt, um das Lignin auszufällen. Das so erhaltene Lignin wurde nach Zentrifugation gesammelt und für die NMR-Analyse gefriergetrocknet.

Klason-Lignin ist der unlösliche Rückstandsanteil nach der Entfernung der Asche durch konzentrierte Säurehydrolyse des Pflanzengewebes. Dies ist auch eine intuitive Methode zur Bestimmung des Ligningehalts in Pflanzen. Konkret wurden die Holzpulver (1 g) zunächst mit einer Mischung aus Benzol (67 ml) und Ethanol (33 ml) gewaschen. Anschließend wurde das Holz 60 Minuten lang bei 105 °C getrocknet. Das getrocknete Holz wurde 4 Stunden lang bei 30 °C mit konzentrierter Schwefelsäure (72 %, 15 ml) behandelt. Dann wurde der Reaktion Wasser (545 ml) zugesetzt. Die Reaktion wurde weitere 2 Stunden lang unter Rückfluss erhitzt. Schließlich wurde die Reaktionsmischung filtriert und die so erhaltenen festen Pulver wurden mit Wasser gewaschen und 60 Minuten lang bei 105 °C getrocknet, um Lignin zu ergeben.

C-Holzpulver wurde durch 2-sekündiges Eintauchen von Lindenholzpulver in 2 M Cl hergestellt. Die so erhaltenen C-Holzpulver wurden dann 2 Stunden lang bei 105 °C getrocknet. Herstellung von C-Holz/PP-Mischungen: 990 g PP und 10 g C-Holz-Pulver wurden physikalisch gemischt. Anschließend wurde die Mischung einer Extrusionsverarbeitung und Pelletierung bei 190 °C unterzogen, um C-Holz/PP-Mischungen zu ergeben. Dieses C-Holz/PP-Massenverbundmaterial wurde dann bei einer Geschwindigkeit von 30 U/min geschmolzen und pulverisiert. Die pulverisierten C-Holz/PP-Pulver wurden mit einem Einschnecken-Drahtextruder bei einer Temperatur von 175 °C weiterbehandelt und anschließend auf eine Drahtspule gewickelt. Die Fasern wurden mit Standard-3D-Druckverfahren in Modelle wie Kaninchen, Waben und Tannenzapfen gedruckt.

Alle relevanten Daten sind in diesem Artikel und seinen ergänzenden Informationsdateien enthalten. Quelldaten werden mit diesem Dokument bereitgestellt.

Xu, S., Chen, RF, Zheng, C. & Huang, W. Modulation angeregter Zustände für organisches Nachleuchten: Materialien und Anwendungen. Adv. Mater. 28, 9920–9940 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Zhao, WJ, He, ZK & Tang, BZ Raumtemperatur-Phosphoreszenz von organischen Aggregaten. Nat. Rev. Mater. 5, 869–885 (2020).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Miao, Q. et al. Molekulare Nachleuchtbildgebung mit hellen, biologisch abbaubaren Polymernanopartikeln. Nat. Biotechnologie. 35, 1102–1110 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Li, Y., Gecevicius, M. & Qiu, JR Lang anhaltende Leuchtstoffe – von den Grundlagen bis zu Anwendungen. Chem. Soc. Rev. 45, 2090–2136 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Jia, X. et al. Durch Photoanregung kontrollierte, selbstwiederherstellende Molekülaggregation für Flimmerphosphoreszenz. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA 116, 4816–4821 (2019).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Li, D., Yang, J., Fang, M., Tang, BZ & Li, Z. Auf Reiz reagierende Phosphoreszenzmaterialien bei Raumtemperatur mit vollständiger Farbabstimmbarkeit aus reinen organischen amorphen Polymeren. Wissenschaft. Adv. 8, eabl8392 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, H. & Shi, HF Die Wiedergeburt von Lignin ermöglicht eine nachhaltige Nachleuchtemission. Angelegenheit 4, 3087–3088 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Sun, YQ et al. Ultralange Lebensdauer und effiziente, bei Raumtemperatur phosphoreszierende Kohlenstoffpunkte durch Multi-Confinement-Strukturdesign. Nat. Komm. 11, 5591 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gong, YX, Yang, J., Fang, MM & Li, Z. Raumtemperatur-Phosphoreszenz von metallfreien Materialien auf Polymerbasis. Cell Rep. Phys. Wissenschaft. 3, 100663 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, T. et al. Molekulartechnik für metallfreie amorphe Materialien mit Phosphoreszenz bei Raumtemperatur. Angew. Chem. Int. Ed. 59, 11206–11216 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Gan, N., Shi, HF, An, ZF & Huang, W. Jüngste Fortschritte bei metallfreien, bei Raumtemperatur phosphoreszierenden Materialien auf Polymerbasis. Adv. Funktion. Mater. 28, 1802657 (2018).

Artikel Google Scholar

Wu, Z., Nitsch, J. & Marder, TB Persistente Raumtemperatur-Phosphoreszenz von rein organischen Molekülen und Mehrkomponentensystemen. Adv. Opt. Mater. 9, 2100411 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Liang, Y.-C. et al. Wasserinduzierte ultralange Phosphoreszenz bei Raumtemperatur durch Aufbau wasserstoffgebundener Netzwerke. Nano Res. 13, 875–881 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Xiao, F. et al. Gast-Wirt-dotierte Strategie zur Herstellung ultralanglebiger organischer Nahinfrarot-Phosphoreszenzmaterialien für die Biobildgebung. Nat. Komm. 13, 186 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Gao, R. & Yan, D. Geschichtete, lang nachleuchtende, ultradünne Wirt-Gast-Nanoblätter: Hocheffizienter Phosphoreszenz-Energietransfer an einer begrenzten 2D-Grenzfläche. Chem. Wissenschaft. 8, 590–599 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Hamzehpoor, E. & Perepichka, DF Kristalltechnik der Phosphoreszenz bei Raumtemperatur in organischen Feststoffen. Angew. Chem. Int. Ed. 59, 9977–9981 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, G., Palmer, GM, Dewhirst, M. & Fraser, CL Ein Designkonzept mit zwei emittierenden Materialien ermöglicht die Bildgebung von Tumorhypoxie. Nat. Mater. 8, 747–751 (2009).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Al-Attar, HA & Monkman, AP Phosphoreszenz bei Raumtemperatur aus Filmen isolierter wasserlöslicher konjugierter Polymere in wasserstoffgebundenen Matrizen. Adv. Funktion. Mater. 22, 3824–3832 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, P. et al. Langes Nachleuchten durch Zelluloseeinschlusseffekt: Ein von Holz inspiriertes Design für nachhaltige phosphoreszierende Materialien. Kohlenstoff 171, 946–952 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Xu, M. et al. Entwurf hybrider chiraler photonischer Filme mit zirkular polarisierter Raumtemperatur-Phosphoreszenz. ACS Nano 14, 11130–11139 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Li, J., Wang, Y., Zhang, Y., Zheng, D. & Wang, X. Carboxylat-induziertes RTP auf Gelatinebasis zur Fälschungssicherheit. Teil. Teil. Syst. Charakter. 39, 2100254 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Yuan, J. et al. Nachhaltige, nachleuchtende Materialien aus Lignin, inspiriert von der Phosphoreszenz von Holz. Cell Rep. Phys. Wissenschaft. 2, 100542 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Cai, S. et al. Ultralange organische phosphoreszierende Schäume mit hoher mechanischer Festigkeit. Marmelade. Chem. Soc. 143, 16256–16263 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Jiang, J. et al. Einstellbare Photolumineszenzeigenschaften von mikrokristalliner Cellulose mit sich allmählich ändernder Kristallinität und Kristallform. Makromol. Schnelle Kommuni. 42, 2100321 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Wan, K. et al. Strukturmaterialien mit nachleuchtender Phosphoreszenz bei Raumtemperatur, aktiviert durch Ligninoxidation. Nat. Komm. 13, 5508 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Fratzl, P. Holz dichter und stärker gemacht. Natur. 554, 172–173 (2018).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Jiang, B. et al. Lignin als holzinspiriertes Bindemittel ermöglichte starkes, wasserstabiles und biologisch abbaubares Papier als Kunststoffersatz. Adv. Funktion. Mater. 30, 1906307 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Xia, Q. et al. In-situ-Lignin-Modifikation zu photonischem Holz. Adv.Mater. 33, 2001588 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, X. et al. Starke, hydrostabile und abbaubare Strohhalme auf Basis von Zellulose-Lignin-verstärkten Verbundwerkstoffen. Klein. 17, 2008011 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Xia, Q. et al. Solargestützte Herstellung von großformatigem, musterbarem transparentem Holz. Wissenschaft. Adv. 7, eabd7342 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ma, X. et al. Wenn MOFs auf Holz treffen: Von Möglichkeiten zu Anwendungen. Chem. 8, 2342–2361 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Sun, X., Zhang, B., Li, J. Phys. Chem. A 120, 5791–5797 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Yan, ZA, Lin, X., Sun, S., Ma, Angew. Chem. Int. Ed. 60, 19735–19739 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, JG et al. Eine einfache Strategie zur Realisierung der Phosphoreszenz bei Raumtemperatur und der Emission von weißem Licht einzelner Moleküle. Nat. Komm. 9, 2963 (2018).

Artikel ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ma, L., Sun, S., Ding, B., Ma, X. & Tian, ​​H. Hocheffiziente Raumtemperatur-Phosphoreszenz basierend auf Einzelbenzolstrukturmolekülen und photoaktivierter Lumineszenz mit Nachleuchten. Adv. Funktion. Mater. 31, 2010659 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Nidhankar, AD et al. Selbstorganisierte helikale Anordnungen zur Stabilisierung des Triplettzustands. Angew. Chem. Int. Ed. 59, 13079–13085 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Lucenti, E. et al. Zyklische Triimidazol-Derivate: Faszinierende Beispiele für Mehrfachemissionen und ultralange Phosphoreszenz bei Raumtemperatur. Angew. Chem. Int. Ed. 56, 16302–16307 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, T. et al. Aggregationsinduzierte Dual-Phosphoreszenz von organischen Molekülen für nichtdotierte Leuchtdioden. Adv. Mater. 31, 1904273 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Chen, C. et al. Carbazol-Isomere induzieren eine ultralange organische Phosphoreszenz. Nat. Mater. 20, 175–180 (2021).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Tian, ​​Z. et al. Mehrstufige Datenverschlüsselung mithilfe der durch Wärmebehandlung kontrollierten Raumtemperatur-Phosphoreszenz von Carbon Dot/Polyvinylalkohol-Verbundwerkstoffen. Adv. Wissenschaft. 5, 1800795 (2018).

Artikel Google Scholar

Cai, S. et al. Ermöglicht langlebige organische Raumtemperatur-Phosphoreszenz in Polymeren durch Ineinandergreifen von Untereinheiten. Nat. Komm. 10, 4247 (2019).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Zhai, Y. et al. Kohlenstoffpunkte in einem 3D-Polymernetzwerk eingeschlossen: Erzeugen robuste Phosphoreszenz bei Raumtemperatur mit einstellbarer Lebensdauer. Kinn. Chem. Lette. 33, 783–787 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Jia, C. et al. Von Holz zu Textilien: Top-Down-Zusammenbau ausgerichteter Cellulose-Nanofasern. Adv. Mater. 30, e1801347 (2018).

Artikel PubMed Google Scholar

Liang, Y.-C. et al. Phosphoreszierender Kohlenstoff-Nanodots-unterstützter Forster-Resonanzenergietransfer zur Erzielung eines roten Nachleuchtens in einer wässrigen Lösung. ACS Nano 15, 16242–16254 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Zheng, Y. et al. Vollfarbige, langlebige Raumtemperatur-Phosphoreszenz in wässriger Umgebung. Klein 18, 2201223 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Wei, J.-H., Ou, W.-T., Luo, J.-B. & Kuang, D.-B. Nulldimensionale Halogenide auf Zn-Basis mit ultralanger Phosphoreszenz bei Raumtemperatur für zeitaufgelösten Fälschungsschutz. Angew. Chem. Int. Ed. 134, e202207985 (2022).

Artikel Google Scholar

Doroodmand, MM & Askari, M. Synthese eines neuartigen stickstoffdotierten Kohlenstoffpunkts durch mikrowellenunterstützte Karbonisierungsmethode und ihre Anwendungen als selektive Sonden für die optische pH-(Säure-)Erfassung in wässrigen/nichtwässrigen Medien, Bestimmung von Nitrat/Nitrit und optisch Erkennung von NOX-Gas. Anal. Chim. Acta. 968, 74–84 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Karali, KK, Sygellou, L. & Stalikas, CD Hochfluoreszierende N-dotierte Kohlenstoffnanopunkte als wirksames Multisonden-Löschsystem zur Bestimmung von Nitrit-, Nitrat- und Eisenionen in Lebensmittelmatrizen. Talanta 189, 480–488 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Li, Q. et al. Induktion einer langlebigen Phosphoreszenz von Kohlenstoffpunkten bei Raumtemperatur durch Wasser in wasserstoffgebundenen Matrizen. Nat. Komm. 9, 734 (2018).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Li, D. et al. Vollständig wässrig verarbeitbare, auf Reize reagierende organische, bei Raumtemperatur phosphoreszierende Materialien mit einstellbarer Nachleuchtfarbe. Nat. Komm. 13, 347 (2022).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Zhu, L. et al. Transparenter Biokunststoff aus Holz mit extrem niedrigem Ligningehalt und reichlich hydrophoben Zellulosekristallen. ACS Sustainable Chem. Ing. 10, 13775–13785 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, X., Li, L. & Xu, F. Chemische Eigenschaften der Holzzellwand mit Schwerpunkt auf Ultrastruktur: Eine Kurzübersicht. Wälder 13, 439 (2022).

Artikel Google Scholar

Yang, Q. et al. Wiederaufladbare wässrige Mn-Metall-Batterie, ermöglicht durch anorganisch-organische Schnittstellen. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202206471 (2022).

CAS Google Scholar

Shi, Z. et al. Bioanwendungen des kleinen Moleküls Aza-BODIPY: vom rationalen Strukturdesign bis zu In-vivo-Untersuchungen. Chem. Soc. Rev. 49, 7533–7567 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Xiao, Y.-F. et al. Erzielung einer hohen Singulett-Sauerstofferzeugung durch Anwendung des Schweratomeffekts auf thermisch aktivierte verzögert fluoreszierende Materialien. Chem. Komm. 57, 4902–4905 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Galland, M. et al. Ein „Multi-Schweratom“-Ansatz für biphotonische Photosensibilisatoren mit verbesserten Eigenschaften der Singulett-Sauerstofferzeugung. Chem. EUR. J. 25, 9026–9034 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wan, Q. et al. Molekulartechnik zur Förderung AIE-aktiver Photogeneratoren freier Radikale und zur Ermöglichung einer leistungsstarken photodynamischen Therapie bei Hypoxie. Adv. Funktion. Mater. 30, 2002057 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Jia, C. et al. Reichhaltige Mesostrukturen aus Naturhölzern zur solaren Dampferzeugung. Joule. 1, 588–599 (2017).

Artikel Google Scholar

Er, F. et al. Eine einfache, milde und vielseitige Methode zur Vorbereitung photothermischer Hölzer für eine hocheffiziente solare Dampferzeugung. Nanoenergie. 71, 104650 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Garemark, J. et al. Förderung der hydrovoltaischen Energiegewinnung aus Holz durch Zellwand-Nanoengineering. Adv. Funktion. Mater. 33, 2208933 (2023).

Montanari, C., Ogawa, Y., Olsen, P. & Berglund, LA Hochleistungsfähige, vollständig biobasierte und optisch transparente Holz-Biokomposite. Adv. Wissenschaft. 8, 2100559 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Santos, RB, Capanema, EA, Balakshin, MY, Chang, H.-M. & Jameel, H. Lignin-Strukturvariation in Hartholzarten. J. Agrar. Lebensmittelchem. 60, 4923–4930 (2012).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ralph, J., Lapierre, C. & Boerjan, W. Ligninstruktur und ihre Technik. Curr. Meinung. Biotechnologie. 56, 240–249 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Xue, Y. et al. Aggregationsinduzierte Emission: der Ursprung der Ligninfluoreszenz. Polym. Chem. 7, 3502–3508 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Ma, Z. et al. Auf der Suche nach Helligkeit aus der Natur: J-Aggregations-induzierte Emission in zellulolytischen Enzym-Lignin-Nanopartikeln. ACS Sustain.Chem. Ing. 6, 3169–3175 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Chen H. Lignocellulose-Bioraffinerie-Rohstofftechnik. 37–86 (2015).

Alvarez-Vasco, C. et al. Einzigartiges Lignin mit niedrigem Molekulargewicht und hoher Reinheit, das durch tief eutektische Lösungsmittel (DES) aus Holz extrahiert wird: eine Ligninquelle zur Verwertung. Grüne Chem. 18, 5133–5141 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Li, Q. et al. Studie zu Herstellung und Eigenschaften energiespeichernder selbstleuchtender Kunststoffe. Energy Rep. 7, 559–565 (2021).

Artikel Google Scholar

Zhang, Y. et al. Großflächige, flexible, transparente und langlebige Phosphoreszenzfolien auf Polymerbasis. Marmelade. Chem. Soc. 143, 13675–13685 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Yang, X. & Berglund, LA Strukturelle und umweltfreundliche Holozellulosematerialien aus Holz: Mikroskalige Fasern und nanoskalige Fibrillen. Adv.Mater. 33, 2001118 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Shi, H. et al. Ultralange organische Phosphoreszenz: Vom Materialdesign zu Anwendungen. Acc. Chem. Res. 55, 3445–3459 (2022).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ma, X., Wang, J. & Tian, ​​H. Montageinduzierte Emission: Ein effizienter Ansatz für amorphe metallfreie organische emittierende Materialien mit Phosphoreszenz bei Raumtemperatur. Acc. Chem. Res. 52, 738–748 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Hirata, S. Jüngste Fortschritte bei Materialien mit Phosphoreszenz bei Raumtemperatur: Photophysik zur Stabilisierung von Triplett-Exzitonen. Adv. Optische Materie. 5, 1700116 (2017).

Artikel Google Scholar

Gao, R., Kodaimati, MS & Yan, D. Jüngste Fortschritte in der persistenten Lumineszenz basierend auf molekularen Hybridmaterialien. Chem. Soc. Rev. 50, 5564–5589 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wang, M. et al. Anregungsabhängige organische Leuchtstoffe mit unterschiedlichen Lumineszenzfarben zur Fälschungssicherheit. Chem. Ing. J. 429, 132288 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Nie, F., Zhou, B. & Yan, D. Ultralange Phosphoreszenz bei Raumtemperatur und reversible mechanochrome Lumineszenz in Ionenkristallen mit Strukturisomerie. Chem. Ing. J. 453, 139806 (2023).

Artikel CAS Google Scholar

Xie, Y. et al. Wie sich die Molekülpackung auf die Phosphoreszenz bei Raumtemperatur in reinen organischen Verbindungen auswirkt: Geniales Moleküldesign, detaillierte Kristallanalyse und rationale theoretische Berechnungen. Adv. Mater. 29, 1606829 (2017).

Artikel Google Scholar

Yang, J. et al. Effiziente Phosphoreszenz und Mechanolumineszenz in organischen Wirt-Gast-Systemen durch Energietransfer erreichen. Adv. Funktion. Mater. 31, 2108072 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Yin, Z. et al. Molekulartechnik durch Kontrolle der Strukturverformung für hocheffiziente ultralange organische Phosphoreszenz. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 2058–2063 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Chen, B. et al. Ein organisches Wirt-Gast-System, das Phosphoreszenz bei Raumtemperatur im Bereich von Teilen pro Milliarde erzeugt. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 16970–16973 (2021).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Zhang, X. et al. Die hocheffiziente und anhaltende Phosphoreszenz von Cluster-Exzitonen bei Raumtemperatur ermöglicht eine hochempfindliche Off-On-VOC-Erkennung. Angelegenheit 5, 3499–3512 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, H. et al. Hocheffiziente blaue Phosphoreszenz von Säulenschicht-MOFs durch Ligandenfunktionalisierung. Adv. Mater. 34, 2107612 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, J. et al. Multimodaler Fälschungsschutz und Verschlüsselung durch Materialien auf Siliziumbasis mit pH-abhängiger Fluoreszenz und Phosphoreszenz bei Raumtemperatur. Nano Res. 13, 1614–1619 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, X. et al. Ultralange phosphoreszierende Zellulose mit hervorragender antibakterieller, wasserbeständiger und einfach zu verarbeitender Leistung. Nat. Komm. 13, 1117 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Wang, Z. et al. Synthese von 41 % effizienten einkomponentigen, weißes Licht emittierenden karbonisierten Polymerpunkten im Grammmaßstab mit Hybridfluoreszenz/Phosphoreszenz für weiße Leuchtdioden. Adv. Wissenschaft. 7, 1902688 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, R., Jiang, T., Liu, D. & Ma, X. Eine einfache und umweltfreundliche Strategie, um organische Phosphoreszenz bei Raumtemperatur aus natürlichem Lignin zu erhalten. Wissenschaft. China Chem. 65, 1100–1104 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, H. et al. Amorphe ionische Polymere mit farblich abstimmbarer ultralanger organischer Phosphoreszenz. Angew. Chem. Int. Ed. 58, 18776–18782 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Dou, X. et al. Farbabstimmbares, anregungsabhängiges und zeitabhängiges Nachleuchten aus reinen organischen amorphen Polymeren. Adv. Mater. 32, 2004768 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Pazhany, AS & Henry, RJ Genetische Modifikation von Biomasse zur Veränderung des Ligningehalts und der Ligninstruktur. Ind. Eng. Chem. Res. 58, 16190–16203 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

ZJC möchte der National Natural Science Foundation of China (31890774) und der Natural Science Funding of Heilong Jiang Province für Excellent Young Scholar (YQ2020C017) danken. TDJ möchte der Royal Society für einen Wolfson Research Merit Award und dem Open Research Fund der School of Chemistry and Chemical Engineering der Henan Normal University für die Unterstützung danken (2020ZD01). JLS dankt der Robert A. Welch Foundation (F-0018) für ihre Unterstützung.

Schlüssellabor für biobasierte Materialwissenschaft und -technologie, Northeast Forestry University, Bildungsministerium, Harbin, 150040, China

Yingxiang Zhai, Shujun Li, Jian Li, Shouxin Liu und Zhijun Chen

Fachbereich Chemie, University of Bath, Bath, BA2 7AY, Großbritannien

Tony D. James

Fakultät für Chemie und Chemieingenieurwesen, Henan Normal University, Xinxiang, 453007, China

Tony D. James

Department of Chemistry, University of Texas at Austin, 105 E 24th Street, A5300, Austin, TX, USA

Jonathan L. Sessler

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Konzeptualisierung: ZC, SL, TDJ, JLS; Methodik: YZ; Untersuchung: YZ; Visualisierung: YZ, SL, JL, S.Liu; Aufsicht: ZC, SL, TDJ, JLS; Schreiben-Originalentwurf: Alle Autoren; Schreiben, Rezension und Bearbeitung: Alle Autoren.

Korrespondenz mit Shujun Li, Tony D. James, Jonathan L. Sessler oder Zhijun Chen.

TDJ fungiert als wissenschaftlicher Berater für ZC an der Northeast Forestry University. Alle anderen Autoren erklären keine Interessenkonflikte.

Nature Communications dankt Chaolong Yang und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Zhai, Y., Li, S., Li, J. et al. Raumtemperatur-Phosphoreszenz von Naturholz, aktiviert durch externe Chloridanion-Behandlung. Nat Commun 14, 2614 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37762-9

Zitat herunterladen

Eingegangen: 22. Oktober 2022

Angenommen: 30. März 2023

Veröffentlicht: 05. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-37762-9

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.