具有长寿命、高信噪比的室温余辉材料在光学器件、信息加密等领域发挥着重要作用。目前，室温余辉材料主要聚焦于有机分子和稀土化合物，但其复杂的制备工艺、潜在的毒性和高昂的成本限制了实际应用。碳点作为新兴的室温余辉材料，因其可调的发光波长、较低的毒性和良好的稳定性而备受关注。然而，多数碳点基余辉材料仅发射短波段的蓝、绿静态余辉，且量子产量较低。制备具有长波段、动态余辉、高量子产量的碳点基材料仍然困难。
宁波大学胡耀平副教授课题组提出了一种“双重磷光共振能量转移”策略，实现了碳点基余辉材料的全色动态余辉调控。具体而言，作者首先将罗丹明B（RhB，作为碳源）与NH4Al(OH)2CO3混合煅烧，合成了碳点@多孔氧化铝（CDs@Al2O3），该材料具有两个发光中心，展现出蓝至绿色的动态磷光特性。然后，作者将CDs@Al2O3与不同浓度的长波荧光染料（如罗丹明123、罗丹明6G和罗丹明B）封装于环氧树脂，基于双重磷光共振能量转移获得了全色动态余辉材料。
相关成果以“Full-Color Dynamic Afterglow in Carbon Dot-Based Materials Regulated by Dual-Phosphorescence Resonance Energy Transfer”为题发表在《Small》上。通讯作者为宁波大学胡耀平副教授，第一作者为宁波大学硕士研究生张龙悦。
SEM显示煅烧产物为纳米棒状形貌。TEM表明纳米棒表面粗糙且含有孔洞。在高分辨TEM图中（图1c），可以观察到碳点负载于Al2O3基底。元素分布图验证了复合材料包含碳点。我们用盐酸腐蚀Al2O3，更加清晰地看到了无定型碳点。XRD表明基底为Al2O3。氮气吸/脱附曲线表明复合材料具有介孔结构，孔径分布为3-8 nm，这种尺寸的介孔可以紧密包裹碳点。由FTIR和XPS分析得出：碳点与Al2O3通过Al-O-C结合。综上所述，多孔氧化铝基底提供了刚性结构、共价键、空间限域三重效应限制碳点。
图1. CDs@Al2O3的结构表征。
CDs@Al2O3经365 nm的紫外灯激发后呈现蓝至绿色的动态磷光，持续时间约为8 s。磷光光谱显示该复合材料有两个发射带，位于425和515 nm附近。通过磷光激发光谱和吸收光谱的分析，我们发现蓝色磷光源自碳核态，而绿色磷光与碳点表面态相关。由图2d和e可以看出：蓝色磷光的衰减速度明显快于绿色磷光，其寿命分别为214和915 ms。两个具有不同寿命的发光中心的结合产生了动态磷光。
图2. CDs@Al2O3的光学性质。
作者将CDs@Al2O3与不同浓度的罗丹明6G（Rh6G）封装于环氧树脂（ER），制备了CDs@Al2O3-Rh6G-ER复合材料。通过分析Rh6G的吸收光谱和CDs@Al2O3在不同延迟时间的磷光光谱，我们发现：相较于蓝色磷光，CDs@Al2O3的绿色磷光与Rh6G的吸收光谱重合程度更高，并且随着时间的延长，CDs@Al2O3的整体磷光光谱与Rh6G吸收光谱的重叠面积增大。由图3b可以看出，四种不同Rh6G浓度的CDs@Al2O3-Rh6G-ER均展现出动态余辉。这四个样品在不同延迟时间的余辉光谱以及对应的CIE图进一步验证了动态余辉可在由蓝至红的全色光谱范围内调控。基于双重磷光共振能量转移机理，随着Rh6G浓度的增大，425和515 nm的余辉寿命逐渐减小，而能量转移效率和余辉量子产量显著提高。
图3. CDs@Al2O3-Rh6G-ER的光学性质。
作者将具有全色动态余辉的CDs@Al2O3-Rh6G-ER复合材料应用于多维信息加密和彩色3D工艺品领域。如图4a所示，我们成功设计了一组由颜色、图案、时间三重编码的加密数据。图4b展示了由复合材料层层构建的3D彩色艺术品“天坛”，其经紫外灯激发后呈现出绚丽多彩的余辉变化。
图4. CDs@Al2O3-Rh6G-ER的光学应用。
本工作受到以下基金资助：
浙江省自然科学基金（LQ20E020005）
浙江省教育厅一般科研项目（Y202351157, Y202455501）
宁波市自然科学基金（2021J075）
文链接：(长按二维码直达）
https://doi.org/10.1002/smll.202406596
---
*本文为课题组供稿，首发于碳点人公众号，转载请注明出处。
