北京
近年来，室温磷光材料在防伪、信息加密等前沿领域展现出巨大潜力，然而，目前国际上常用的室温磷光材料，在制作上往往高度依赖稀土等贵金属，或是合成步骤烦琐的有机分子。日前，山东农业大学化学与材料科学学院魏妍辉教授团队在生物质碳点室温磷光材料研发领域取得重要突破，创新性提出“锌掺杂陷阱工程与双荧光共振能量转移(FRET)协同调控”全新策略，以废弃陈大米为绿色碳源，通过一步固相热解法合成了超长余辉、多色可调的高性能室温磷光复合材料。
魏妍辉介绍，在发光碳源的探索初期，团队摒弃了将多种合成有机小分子复配的传统思路，转而从生物材料的天然特性出发，系统开展了多种生物碳源的平行实验，逐一考察了玉米、糯米等单一独立碳源对材料长余辉特性的影响。经过多轮对比分析，过期大米表现出显著优势，成为制备长余辉发光碳量子点的优选天然碳源。
如果材料只有一种颜色，防伪加密的安全级别依然有限。为实现材料的多彩变幻，团队又引入了一种实验室自主研发的红光受体染料，该染料不仅具有聚集诱导发光性能，还与碳量子点材料的能级高度匹配。通过一种叫作“FRET”的能量传递机制，将原有的碳量子点的自身能量高效地传递给这种能量受体染料。
“实验证明，只需要调整红光染料的添加比例，就能同时改变材料在紫外灯照射下的‘荧光颜色’，以及关灯后持续发光的‘磷光颜色’。同时，关灯后磷光的余辉时间也会随之改变。”魏妍辉说，这实现了对荧光颜色、磷光颜色以及发光时长的同步精准控制，打破了传统荧光与磷光“此消彼长”的关系，大大提升了材料在实际防伪应用中的安全级别。
团队利用这种材料构建了一个具有多重防护的“动态二维码”系统。在自然光下，它只是一个普通的、无法扫描识别的图案，受到紫外灯照射时，二维码的图案随着时间的变化而改变。当撤去紫外光后，由于图案上不同区域选用了余辉时间不同的材料，整个二维码开始随着时间的流逝发生动态改变。只有在关灯后的特定时间点，那个真信息才可以通过扫描并跳转的二维码显现出来。这种融合了颜色、空间图案以及时间依赖的三维动态加密技术，为高级防伪带来了新的技术突破。
该研究既为废弃生物质高值化利用提供了新思路，也为高性能多色室温磷光材料的设计开发提供了理论与技术支撑，在信息安全、商品防伪溯源等领域具有良好的应用前景。（记者宋喜群、冯帆）
(光明日报)
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