長壽命室溫磷光具有豐富的激發態和長余輝等特征，被廣泛應用于高敏感生物成像、信息防偽、裝飾和光電器件等領域，相對于傳統的金屬化合物，純有機室溫磷光材料因具有相對低耗和通用的合成策略而成為良好的候選者。但是，目前有機長壽命室溫磷光材料的制備方法相對復雜，且顏色單一并難以控制。近日，上海交通大學邱惠斌教授（點擊查看介紹）課題組發展了一種簡便、可控、宏量的碳量子點合成方法，只需通過熱解硼酸和檸檬酸的混合物即可制備具有全色超長室溫磷光的碳量子點復合材料（圖1）。隨著檸檬酸用量和熱解溫度的增加，長壽命室溫磷光不斷從藍色（466 nm）變為紅色（638 nm），并具有激發相關性。
產物的結構分析表明，檸檬酸和硼酸反應生成了硼氧共摻雜的碳量子點，過量的硼酸脫水形成剛性的氧化硼多晶基質，硼氧共摻雜的碳量子點作為發光中心原位產生并均勻的嵌入在氧化硼多晶基質中從而形成碳量子點復合物。具有3D空間限制的剛性氧化硼多晶基質通過限制分子運動并隔離環境中的氧氣和水汽等猝滅劑從而限制碳量子點的非輻射躍遷并穩定其三線態。一系列對比實驗表明，氧化硼多晶基質對于長壽命室溫磷光的產生至關重要。而碳量子點的粒徑和氧化程度決定了長壽命室溫磷光的發光顏色，碳量子點上的硼、氧等元素為產物提供了豐富的三線態。另外產物具有激發依賴的特征，來源于碳量子點中的多個發光中心。
這一具有全色可調，光刺激響應性能的長壽命室溫磷光材料可用于包括時間，空間和色彩的多維度加密和防偽中。
該工作發表在Adv. Sci.上。該工作得到了國家自然科學基金委、科技部、上海市科委、上海市教委的經費資助，特此感謝。