华南农大刘应亮教授团队生物质基碳点室温磷光材料研究获重要进展

近日，华南农业大学材料与能源学院生物基材料与能源教育部重点实验室、岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心、广东省光学农业工程技术研究中心刘应亮教授带领的生物碳（炭）与光学农业团队在生物质基碳点室温磷光材料研究中取得重要进展，相关研究结果以“Ultralong lifetime and efficient room temperature phosphorescent carbon dots through multi-confinement structure design”为题发表在国际著名学术期刊Nature. Communications（IF2019：12.12）。

碳点作为一种新型的室温磷光（RTP）材料，与传统的无机、金属配合物和纯有机RTP材料相比，具有毒性低、制备简易、组成和结构易调控等独特优势，在防伪、信息加密、传感检测和光电器件等领域展现出较大的应用价值，成为目前RTP材料研究的一个热点。然而，目前的碳点基RTP材料普遍存在磷光寿命短、量子效率低、稳定性差等问题，使其在实际应用方面受到了极大的限制。

针对以上问题，生物碳(炭)与光学农业团队设计了一种以谷壳等生物质废弃物为原料制备碳点室温磷光材料的通用策略。该材料显示出超长的余辉寿命、较高的量子效率和极高的稳定性。该策略巧妙地采用了同时富含硅和碳的废弃生物质谷壳作为原料，通过溶胶凝胶法将碳点原位封装在巨大的Si-O四面体网络形成的纳米空间中，通过煅烧进一步形成对碳点具有限域作用的三维空间。得益于Si-O网络的刚性结构和与碳点间形成的化学键作用，以及三维空间的限域作用，所得到的碳点/二氧化硅复合材料同时表现出超长磷光寿命（5.72秒）和超高磷光量子效率（21.3%）。

此外，该材料可以有效地抵抗强氧化剂、不同极性的有机溶剂、强酸和强碱对磷光的猝灭，显示出出色的稳定性。基于其超长磷光寿命，高磷光量子效率和出色稳定性，该材料有望广泛用于防伪领域，尤其是各种恶劣化学环境下的光学防伪应用。该研究成果不仅为长寿命高效率碳点室温磷光材料提供了一种通用设计合成策略，而且为谷壳等农业废弃生物质的资源化利用提供了新的思路和机会。

该研究论文的第一作者为材料与能源学院2020届硕士研究生孙宇琼，华南农业大学郑明涛副教授、刘应亮教授以及康涅狄格大学的Sun Luyi教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家留学基金委等的资助。

来源：华南农业大学

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19422-4

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