华南农业大学材料与能源学院教授刘应亮/庄健乐团队联合荷兰格罗宁根大学教授Jianting Ye、美国斯坦福大学研究员张兴才等在溶液相碳点基室温磷光材料研究方面取得重要进展。近日，相关成果发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。

碳点封装在氟化钇钠纳米晶体中的磷光发射机理及其在溶液相中的磷光发射。研究团队供图

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碳点作为一种新兴的碳基发光材料，近年来在发光领域备受瞩目，其室温磷光现象更是吸引了众多研究者的关注。然而，由于溶解氧和溶剂分子强烈的猝灭效应，往往会导致三重态激子的非辐射跃迁增强，这使得在溶液中实现高效稳定的碳点基室温磷光发射面临诸多挑战。过往研究显示，宿主基质提供的刚性环境可以抑制分子的振动并减少非辐射弛豫，从而增强三重态激子的辐射跃迁。同时，刚性基质可以将碳点与氧气、溶剂分子隔离开，从而避免三重态激子猝灭。

尽管如此，目前大多数通过基质辅助方法制备的碳点基磷光材料仅能在固态下发射出磷光，而在水等溶液中往往观察不到磷光现象。究其原因：一方面，部分基质易溶于水，或者过量的水会破坏基质与碳点之间的相互作用，从而导致磷光的猝灭；另一方面，一些基质颗粒尺寸过大，难以在溶液中均匀分散。

该研究在国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等项目的资助下，通过一步高温共沉淀法，将柠檬酸盐衍生的碳点封装到氟化钇钠纳米晶中，成功实现了碳点在溶液中的室温磷光发射。研究结果表明，柠檬酸盐衍生的碳点表面具有丰富的C=O基团，可以增强自旋-轨道耦合过程，从而促进系间窜跃，产生三重态激子。碳点表面的羧酸根基团和金属阳离子之间形成稳定的离子键网络，抑制了三重激子的非辐射跃迁，增强了碳点的磷光发射。同时，结晶良好的钠钇氟化物基质通过空间限域作用稳定了碳点的三重态激子，并保护碳点的磷光不受溶剂和溶解氧的猝灭。

此外，研究人员通过复合材料的表面改性，疏水性的碳点@氟化钇钠-OA可以转化为亲水性的碳点@氟化钇钠，使复合材料可以在水和有机溶剂等溶液相中实现稳定的碳点基磷光发射。鉴于复合材料具有良好的稳定性和溶液可加工性，该研究还展示了其在3D打印发光纤维、木漆防伪图案和细胞成像中的应用潜力。

该研究为新型溶液相碳点基磷光材料的构建提供了新思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202423388