近日，山东农业大学化学学院魏妍辉教授科研团队在国际顶级期刊《Advanced Materials》（影响因子26.8，中科院1区TOP）发表了题为“Zinc-Doping Trap Engineering and FRET Synergy Enable Multicolor Room-Temperature Phosphorescence in Rice-Derived Carbon Dots Confined in Amorphous Alumina for Advanced Encryption”的研究论文。我院研究生张晓康为第一作者，魏妍辉教授与中国石油大学（华东）化学与化工学院马洪超副教授为论文共同通讯作者，山东农业大学为论文第一完成单位。
动态多级光学信息加密技术是保障国家信息安全、高端商品防伪溯源、票据证件防伪的核心技术，在国防军事、金融票据、高端制造等领域具有不可替代的作用。传统荧光防伪技术依赖静态发光显示，防伪模式单一，极易被破译复制，无法满足高安全等级的防伪需求。而室温磷光材料凭借撤除激发光源后的长余辉发光特性，可通过时间分辨成像消除背景荧光干扰，成为构建高安全等级防伪体系的理想材料。其中，生物质基碳点因原料来源广泛、成本低廉、生物相容性好且环境友好，在绿色可持续发光材料领域展现出巨大应用潜力。然而，实现从单色发射到多色可调发射的生物质基碳点室温磷光材料的可控制备，仍然是当前领域面临的一大挑战。
针对上述难题，研究团队创新性提出“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。其中，1.5%锌掺杂摩尔比的CDs@Zn1.5%Al2O3材料具有最优的光学性质，磷光寿命为2.34 s、磷光量子产率达到30.63%，肉眼可见余辉时间超22 s，综合性能居生物质基碳点室温磷光材料领先水平。研究发现适量Zn2+掺杂可在无定形氧化铝基质中引入更多的氧空位缺陷，形成稳定的电荷捕获中心，有效抑制激发态激子的非辐射跃迁。同时Zn-O键的形成增强了自旋-轨道耦合效应，促进系间窜越过程，提升了三重态激子的生成效率。研究首次明确，在本体系中，氧空位缺陷而非基质刚性是主导该体系室温磷光寿命的核心因素。本论文还引入自主设计合成的AIE型红光超分子聚集体作为能量受体，与上述磷光给体材料构建高效的给受体体系。新型AIE受体有效解决了传统染料聚集诱导猝灭的难题，打破了SS-FRET与TS-FRET之间的固有竞争关系，实现了SS-FRET与TS-FRET转移效率的协同提高，通过调节给体-受体掺杂比例即可连续调控磷光发射颜色与余辉寿命。
基于材料的时间分辨发光与多色可调特性，研究团队还构建了时间门控多级信息加密体系和动态二维码防伪平台。其中ASCII码加密矩阵可在不同延迟时间解码出不同信息，实现真假信息的分层读取。动态二维码仅在紫外激发停止后的特定时间窗口内可被扫描识别，有效提升了防伪安全等级。制备的PDMS基防伪图案柔韧性、耐水性良好，水环境浸泡1小时后发光性能仍无明显衰减，具备较好的应用潜力。该项工作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。
该研究工作得到国家自然科学基金和山东省自然科学基金的资助。
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.73441
