浙江理工大学杨玉慧副教授最新AFM：研发新型“无泄漏”动态荧光薄膜，为高级信息安全加密提供新利器

近日，浙江理工大学材料科学与工程学院杨玉慧副教授课题组在功能材料领域取得重要突破。该团队创新性地将光敏分子（螺吡喃衍生物，SP）与荧光金属有机框架材料（Ln-MOFs）通过光诱导共聚策略进行共价结合，成功制备出性能优异且无泄漏的动态荧光薄膜。该成果有效解决了传统物理混合方法中普遍存在的MOFs相分离、小分子泄漏以及动态发光性能难以精确调控等关键难题，为开发新一代高安全性信息加密材料奠定了坚实基础。作者该成果以Photopolymerization-Enabled Spiropyran/MOFs Hybrids: Phase-Stable Fluorescent Films with Spatiotemporal Resolution and Anti-Leakage Properties in Multilevel Encryption Systems为题在线发表于Advanced Functional Materials.

首先，作者采用光聚合策略，成功将双烯官能化螺吡喃衍生物与荧光Tb-MOF结合，制备出具有多样化动态发光行为且无渗漏的polyMOFs薄膜。在紫外光刺激下，螺吡喃发生从闭环SP到开环MC的开环异构化，触发Tb-MOF与MC间的FRET效应，从而使薄膜表现出显著的动态荧光变化：随着照射时间延长（60秒内），Tb³⁺在545 nm处的特征发射峰强度逐渐减弱，而螺吡喃开环态（部花菁，MC）在650 nm处的特征峰则显著增强并发生红移，实现了从绿色经黄色到红色的快速动态荧光转变。作者还测试了荧光寿命，进一步验证了荧光动态变化是由于FRET过程引起的。此外，通过精确调控Tb-MOF与螺吡喃（SP）的比例，可有效调控薄膜的动态发光行为，解决了物理混合法中负载量难以精确控制的问题。研究还证实，薄膜具有优异的光耐疲劳性能，在经历20次循环的紫外光照射与擦除过程后，其动态发光性能仍保持稳定（图1）。此外，作者通过溶剂浸泡实验，进一步证明了该共聚方法制备的薄膜具有优异的防泄露特性。在溶剂中浸泡7天，几乎没有螺吡喃分子和Tb-MOFs泄露，薄膜依然表现出优异的发光和变色性能。

图1. 发光MOFs与SP共聚薄膜的动态发光及光耐疲劳性能

其次，作者通过紫外吸收光谱系统研究了薄膜的光致变色性能。随着SP含量增加，薄膜光致变色性能显著增强：当Tb-MOF与SP比例达到4:1、3:1和2:1时，材料可实现从米黄色到紫色的颜色转变，并在567 nm处出现新的特征吸收峰。紫外照射60秒后，这三种薄膜在567 nm处的吸光度差值分别达到0.26、0.63和0.71，且均达到饱和状态。通过520 nm绿光照射2 min后，薄膜可近乎完全恢复初始状态。为了进一步验证实该共聚方法的普适性，作者还系统探究了Zr-MOF与SP共聚得到的薄膜在紫外照射下展现出与Tb-MOF与SP共聚薄膜相似的光致变色行为，同时，这些薄膜可实现0°-180°任意角度的折叠与扭曲，经100次折叠循环后仍保持约95%的初始荧光强度，且光致变色性能（特别是荧光强度）未发生明显衰减（图2）。

图2.薄膜的光致变色特性，耐疲劳性能及柔韧性

利用动态荧光发射，作者探究了该类薄膜在动态防伪，高级信息存储中的应用，例如：基于 攻击者方向误导地图、时空分辨QR码与多重密码安全密钥等先进的加密策略，大大提高了安全性，并在动态荧光领域提供了一种新思路（图3）。尤其是动态二维码，在外界紫外光刺激不同时间，可以扫描不出不同信息，未照射前扫描二维码是浙江理工大学主页信息，紫外光刺激1s,无法扫描有效信息，刺激30 s,扫描出浙江理工大学材料学院主页信息。只有知道正确的刺激时间，才能得到真实有效的信息，这种动态的二维码，大大提高了信息安全性，提高了造假成本。

图3. (a) 攻击者方向误导地图信息加密 (b) 动态二维码 (c) 高级安全密钥。

该工作提出的光诱导共聚策略，不仅为克服杂化材料制备中的相分离和泄漏等长期挑战提供了普适性解决方案，更重要的是，它开创性地将荧光MOFs的动态响应能力应用于信息安全加密领域。所开发的动态荧光薄膜展现出卓越的时间分辨能力和抗泄漏特性，为设计用于高级多级加密系统的新型安全材料开辟了崭新道路。

文章第一作者为浙江理工大学材料学院硕士卫尤豪，通讯作者为浙江理工大学材料学院智能生物材料研究所杨玉慧副教授。

通讯作者简介：

杨玉慧，博士，副教授，硕士生导师。主要从事有机光致变色材料，动态荧光材料用于高级信息加密领域。发表SCI收录论文60余篇，包括Advanced Functional Materials, Chemical Engineering Journal，Journal of Colloid and Interface Science 等知名期刊，授权发明专利8项。

课题组主页：

https://www.x-mol.com/groups/yang_yuhui

全文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202510746

来源：高分子科学前沿

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