固体所在多色长寿命碳点室温磷光材料方面取得新突破

近期，中国科学院合肥物质院固体所能源材料与器件制造研究部蒋长龙研究员团队在多色长寿命室温磷光发光材料方面取得新进展，设计了一种新方法，制备出具有从蓝色到绿色的多色超长室温磷光发射的碳化聚合物纳米点材料，在防伪和信息加密等方面显示出潜在应用。相关研究成果发表在国际材料化学领域TOP期刊Advanced Science (Adv. Sci., 2024, DOI: 10.1002/advs.202400781)上。      室温磷光（Room-Temperature Phosphorescnece, RTP）材料可以在激发光源停止后继续发出一段时长的冷光，因而在防伪、信息加密、显示和生物成像等方面具有着广泛的应用。在室温磷光材料中，碳点（CD）类材料由于制备方法简单、光稳定性好和毒害性低等优点在RTP材料的构建中得到了广泛的关注。磷光发射所需要的三重态激子通常以分子振动等非辐射形式损耗能量，因此具有长寿命和高亮度的碳点RTP材料往往难以获得。此外，发光基团的单一性会导致在单一碳点RTP体系中难以获得多色的磷光发光。这些问题限制了碳点类RTP材料的应用范围。因此，有必要开发一种具有长寿命和高量子产率的多色室温磷光碳点材料。

固体所研究团队设计了一种基于邻苯二胺（oPD）和聚丙烯酸（PAA）水热法合成的碳化聚合物纳米点，并通过热处理的方法将碳点嵌入刚性固定基质氧化硼（B2O3）中，获得了具有蓝色到绿色发光的超长RTP碳点复合材料（oP-CDs@ B2O3）。邻苯二胺的引入通过掺杂氮原子为碳点提供了多色发光中心，而聚丙烯酸作为长链聚合物，使得碳点具有碳化聚合物纳米点的性质，其长链结构通过共价键等有效的固定了碳点内部的发光色团，从而减少三重态激子的非辐射损耗，这种聚合物交联增强了碳点的磷光发射。同时，外部的刚性基质氧化硼通过自身的刚性和与碳点之间的共价键和氢键等作用力，进一步减少了碳点的非辐射损耗。聚合物结构和刚性基质的共同作用使得oP-CDs@ B2O3具有了长磷光寿命和高量子产率。oP-CDs@ B2O3肉眼可见的磷光余辉时长最长达到了49 s，磷光量子产率最高达到了19.5%，并且具有出色的抗光漂白性，在信息加密和防伪方面具有重要潜在应用。

上述研究工作得到了国家重点研究与发展计划、国家自然科学基金项目、安徽省重点研究与发展计划、安徽省自然科学基金的支持。

文章链接： https://doi.org/10.1002/advs.202400781

图. 多色长寿命碳点室温磷光复合材料的制备示意图和在防伪方面的潜在应用。