近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所能源材料與器件制造研究部蔣長龍研究員團隊在多色長壽命室溫磷光發(fā)光材料方面取得新進展，設(shè)計了一種新方法，制備出具有從藍色到綠色的多色超長室溫磷光發(fā)射的碳化聚合物納米點材料，在防偽和信息加密等方面顯示出潛在應(yīng)用。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際材料化學(xué)領(lǐng)域TOP期刊Advanced Science (Adv. Sci., 2024, DOI: 10.1002/advs.202400781)上。      室溫磷光（Room-Temperature Phosphorescnece, RTP）材料可以在激發(fā)光源停止后繼續(xù)發(fā)出一段時長的冷光，因而在防偽、信息加密、顯示和生物成像等方面具有著廣泛的應(yīng)用。在室溫磷光材料中，碳點（CD）類材料由于制備方法簡單、光穩(wěn)定性好和毒害性低等優(yōu)點在RTP材料的構(gòu)建中得到了廣泛的關(guān)注。磷光發(fā)射所需要的三重態(tài)激子通常以分子振動等非輻射形式損耗能量，因此具有長壽命和高亮度的碳點RTP材料往往難以獲得。此外，發(fā)光基團的單一性會導(dǎo)致在單一碳點RTP體系中難以獲得多色的磷光發(fā)光。這些問題限制了碳點類RTP材料的應(yīng)用范圍。因此，有必要開發(fā)一種具有長壽命和高量子產(chǎn)率的多色室溫磷光碳點材料。

固體所研究團隊設(shè)計了一種基于鄰苯二胺（oPD）和聚丙烯酸（PAA）水熱法合成的碳化聚合物納米點，并通過熱處理的方法將碳點嵌入剛性固定基質(zhì)氧化硼（B2O3）中，獲得了具有藍色到綠色發(fā)光的超長RTP碳點復(fù)合材料（oP-CDs@ B2O3）。鄰苯二胺的引入通過摻雜氮原子為碳點提供了多色發(fā)光中心，而聚丙烯酸作為長鏈聚合物，使得碳點具有碳化聚合物納米點的性質(zhì)，其長鏈結(jié)構(gòu)通過共價鍵等有效的固定了碳點內(nèi)部的發(fā)光色團，從而減少三重態(tài)激子的非輻射損耗，這種聚合物交聯(lián)增強了碳點的磷光發(fā)射。同時，外部的剛性基質(zhì)氧化硼通過自身的剛性和與碳點之間的共價鍵和氫鍵等作用力，進一步減少了碳點的非輻射損耗。聚合物結(jié)構(gòu)和剛性基質(zhì)的共同作用使得oP-CDs@ B2O3具有了長磷光壽命和高量子產(chǎn)率。oP-CDs@ B2O3肉眼可見的磷光余輝時長最長達到了49 s，磷光量子產(chǎn)率最高達到了19.5%，并且具有出色的抗光漂白性，在信息加密和防偽方面具有重要潛在應(yīng)用。

上述研究工作得到了國家重點研究與發(fā)展計劃、國家自然科學(xué)基金項目、安徽省重點研究與發(fā)展計劃、安徽省自然科學(xué)基金的支持。

文章鏈接： https://doi.org/10.1002/advs.202400781

圖. 多色長壽命碳點室溫磷光復(fù)合材料的制備示意圖和在防偽方面的潛在應(yīng)用。