近日，北京理工大学前沿交叉科学院孙鹏助理教授在无金属催化多组分聚合研究领域中取得重要研究进展。研究成果以“Nonconventional Near-Infrared Room-Temperature Phosphorescent Materials based on Spiropolymer Alloy”为题，发表在国际顶级期刊《Nature Communications》,论文第一作者为材料学院博士毕业生任悦，共同第一作者为材料学院张永锋博士，共同通讯作者为材料学院蔡政旭教授。

螺环聚合物是指重复单元中含有螺原子的一类高分子材料。得益于刚硬扭曲的链结构、稀疏的链堆积行为，螺环聚合物具有稳定性好和自具微孔的优点，在耐高温膜和物质分离等领域得到了广泛的应用。目前，螺环聚合物的合成主要存在反应条件苛刻、原子利用率低、产物溶解性差等问题，严重制约了螺环聚合物的进一步发展与应用。针对上述问题，研究团队发展了基于异氰+活化炔+酰亚胺的多组分螺化聚合新反应，通过“一锅煮”的形式构筑了聚螺环吡咯酮化学新结构。该聚合方法具有反应条件温和、原子利用率高、产物分子量高、聚合反应收率高、螺环高分子产物溶解性好等优势。研究团队首先通过核磁、红外、质谱等多种手段对聚螺环吲哚酮的化学结构进行研究。在明确结构基础之上，通过改变单体组合，构筑了8种聚螺环吲哚酮，制备的螺环聚合物的分子量能够高达41000 g/mol，分离收率可高达84%。热学分析结果表明聚螺环吲哚酮的玻璃化转变温度高于180 °C，热分解温度高于280 °C，具有优异的热稳定性。

聚螺环吲哚酮主链富含氧、氮等杂原子，能够通过电子空间共轭相互作用实现非传统发光。同时，杂原子能够基于自旋-轨道耦合效应增强分子发生系间窜越的能力，从而使得聚合物具有发射磷光的能力。低温延迟光谱数据验证了此项猜测。然而，在室温条件下，未观测到聚螺环吲哚酮的磷光发射行为，这是由于三线态激子在室温下可以以非辐射弛豫的形式耗散能量。

为了赋予螺环聚合物室温磷光发射能力，研究团队通过将聚螺环吲哚酮与聚苯乙烯共混，构筑了螺环聚合物合金。该聚合物合金具有室温磷光发射能力，这是由于聚苯乙烯能够提供一个分子运动受限的环境，限制螺环聚合物客体的热运动，进而抑制三线态激子的振动弛豫，从而实现室温磷光。随着螺环聚合物客体含量增加，聚合物合金的室温磷光发射波长逐渐红移，最高可达715 nm，位于近红外区。这可能是由于聚螺环吲哚酮与聚苯乙烯之间产生了空间电荷转移相互作用。研究团队通过固体紫外吸收验证了此猜想，并提出了螺环聚合物合金能够产生近红外室温磷光现象背后可能的机制。研究团队同时研究了螺环聚合物的化学结构、螺环聚合物的分子量、聚合物主体的化学结构等因素对于合金室温磷光性质的影响。结果表明，扭曲的螺环化学结构、高螺环聚合物分子量以及给受体化学结构可以促进近红外室温磷光现象的产生。

总的来说，该研究工作报道了一种多组分螺化聚合新反应，构筑了一种螺环聚合物新结构，发现了螺环聚合物能够产生磷光的新性质，并通过共混构筑了一类近红外室温磷光新材料。研究工作报道的材料和提出的策略有望在生物医学成像、近红外成像显示以及柔性电子等领域得到进一步应用。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66035-w

研究工作受到国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京理工大学青年教师学术启动计划等项目的资助。

附通讯作者简介：

孙鹏，北京理工大学前沿交叉科学院助理教授，博士毕业于中国科学院化学研究所，清华大学博士后，英国伯明翰大学访问学者。研究方向：高分子合成方法学。

蔡政旭，北京理工大学材料学院教授，博士毕业于中国科学院化学研究所，芝加哥大学博士后。研究方向：有机室温磷光。