利用深陷阱激发的、可分散和功能化的碳点-氮化碳长余辉发光复合材料

关键词：碳点，氮化碳，深陷阱，长余辉，表面功能化

背景介绍

长余辉（LPL）材料目前广泛应用于各个领域，而人们对于可分散、可功能化的LPL材料的需求也越来越高。目前LPL材料主要局限于传统的无机体系，但是无机基质由于粒径较大、溶解性较差以及潜在的毒性等缺陷都严重阻碍了它们在传感和生物医学等领域的应用。近年来，碳点（CDs）因具有易于制备、可调谐光致发光（PL）发射、高光稳定性和低毒性等优点，是开发新型LPL材料的理想选择。对于碳点基LPL材料，目前采用较多的方法都是通过选择合适的基质将CDs包裹，使其与溶剂隔离，以达到防止氧气和水对其余辉淬灭的目的。然而，以此制备的LPL材料虽然具有较好的长余辉发射，但是依然无法实现材料的可分散和功能化。因此，如何实现碳点基LPL材料的可分散和功能化依旧是一个巨大的挑战。

研究出发点

对于可分散和可功能化的LPL材料，需要具有两个特性：（1）在分散状态和化学反应过程中依旧能保持良好的稳定性；（2）表面具有丰富的官能团可用于功能化。而现有的研究工作已经证实：碳点和基质的共价键复合有助于实现余辉材料的可分散。受此启发，我们推测将CDs通过共价键固定在具有丰富表面基团的可分散基质中，有可能获得可分散的、可功能化的无重原子的新型LPL材料。

根据现有的报道可知，氮化碳(CNs)具有丰富的表面官能团可用于功能化，并且自身也具有良好的分散性。此外，利用微波辅助的方法可以很容易地制备CNs，并作为固定CDs的基质。更重要的是，CNs也具有良好的光学性能，可以和CDs共同调控余辉。因此，CNs是与CDs复合制备可分散、可功能化LPL材料的理想选择。

基于此，江南大学化学与材料工程学院光功能材料实验室林恒伟团队通过微波辅助法，将碳点（CDs）原位嵌入到氮化碳（CNs）中，实现了可分散、可功能化的新型碳点基LPL材料的制备。并且通过改变嵌入的CDs，实现了从蓝色到黄色的LPL颜色调控。此外，还展示了以表面氨基作为进一步修饰的位点，进行了亲水性-疏水性的调节。这项工作为设计具有良好应用灵活性的碳点基LPL发光材料和拓展无金属LPL材料领域提供了新的见解。

总结与展望

综上所述，本研究通过一种简单的微波策略将CDs原位嵌入到CNs中来制备可分散的、可功能化的碳点基LPL材料。这些材料不仅表现出良好的余辉性能和巨大的功能化潜力，而且通过改变嵌入的CDs，可将LPL的颜色从蓝色调节到黄色，最长持续时间可达10分钟。此外，这些材料还可以通过表面丰富的氨基官能团进行化学修饰，如调节材料的亲水性和疏水性。并且本文的实验数据表明，这种LPL发射的形成主要是由于CDs和CNs的组成导致了深陷阱的形成，以及激子在CDs和CNs之间的传输。同时，CDs和CNs之间形成的牢固的共价键防止了LPL被氧气和水猝灭，并且克服了在随后的化学反应中CDs从CNs上被剥落的问题。因此，这些材料在分散状态下甚至在经过进一步的功能化修饰后仍能保持良好的LPL性能。这些发现为设计具有良好应用灵活性的CDs基长余辉发光材料和拓展有机长余辉发光材料的潜在应用奠定了基础。

论文信息

Triggering Long Persistent Luminescence from Functionalizable Carbon Dots-in-Carbon Nitrides Composites via Production of Deep-traps

Linger Feng, Kai Jiang*, Yixuan Xu, Xinyuan Tong, Zuxu Zhou, Fengshi Li, Xiaomeng Wang, Yi Zhang, Hengwei Lin*

Advanced Optical Materials

文章连接：https://doi.org/10.1002/adom.202302821