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近日,我校材料與能源學院生物基材料與能源教育部重點實驗室、廣東省光學農業工程技術研究中心劉應亮教授團隊在近紅外激發碳點基室溫余輝材料研究中取得重要進展,相關研究成果以“Near-Infrared-Excited Multicolor Afterglow in Carbon Dots-Based Room-Temperature Afterglow Materials”(論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202108696)爲題發表在化學領域國際頂級期刊Angew. Chem. Int. Ed.IF=15.336)上。研究助理鄭義浩(2019屆材料科學與工程專業本科畢業生)和2019級碩士研究生魏浩鵬爲論文共同第一作者,莊健樂副研究員、劉應亮教授和香港理工大學黃維揚教授爲共同通訊作者。

碳點基室溫余輝材料(CDAMs)作爲一種新型的室溫余輝材料,具有余輝性能優異、制備簡單、毒性小、穩定性和生物相容性好、結構易于調控等優點,在實際應用中展示出極大的前景。目前,雖然在調控CDAMs的余輝發射波長方面已經取得了很大進展,但是其激發波長的調節仍然是一個巨大的挑戰。大多數報道的CDAMs只能被紫外光激發,關于CDAMs中可見光激發余輝的報道更是非常有限,僅能被紫外光或可見光激發的特點嚴重限制了CDAMs的進一步應用。衆所周知,近紅外光能量低、光損傷小、穿透力強,因而在防僞、信息加密、生物成像等應用中具有獨特優勢。然而,到目前爲止,還沒有關于CDAMs中近紅外激發余輝的報道。因此,開發可被近紅外光激發的CDAMs具有重要意義。



基于此,作者首次提出了一種簡單通用的設計策略來實現CDAMs中近紅外激發的余輝發射,巧妙地利用能夠將近紅外光轉化爲強烈紫外光和藍光的NaYF4:Yb,Tm上轉換材料(UMs)作爲能量供體,進而激發作爲能量受體的各種CDAMs。在980 nm激光激發下,通過UMsCDAMs的能量傳遞,在不同CDAMs中實現了多色(藍色、青色、綠色、橙色)余輝。爲了優化UM/CDAMs的余輝性能,通過改變稀土離子的摻雜濃度以及UMsCDAMs的配比來調控UM/CDAMs的余輝強度。在此基礎上,對UM/CDAMs的上轉換發光衰減曲線進行測試,驗證了UMsCDAMs之間的能量傳遞過程是輻射能量傳遞。最後,利用UM/CDAMs獨特的近紅外激發的多色余輝性能,初步探索了該材料在指紋識別、四維編碼和無痕光學防僞簽名中的應用。這種近紅外激發的碳點基室溫余輝材料將在高級防僞和余輝成像等領域具有重要應用前景。


該研究工作得到了國家自然科學基金(面上項目、青年基金)、廣東省基礎與應用基礎研究基金、廣州市科技計劃項目等的資助。(文/材料與能源學院莊健樂鄭義浩)

 


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