近日，我校材料与能源学院生物基材料与能源教育部重点实验室、广东省光学农业工程技术研究中心刘应亮教授团队在近红外激发碳点基室温余辉材料研究中取得重要进展，相关研究成果以“Near-Infrared-Excited Multicolor Afterglow in Carbon Dots-Based Room-Temperature Afterglow Materials”（论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202108696）为题发表在化学领域国际顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed.（IF=15.336）上。研究助理郑义浩（2019届材料科学与工程专业本科毕业生）和2019级硕士研究生魏浩鹏为论文共同第一作者，庄健乐副研究员、刘应亮教授和香港理工大学黄维扬教授为共同通讯作者。
碳点基室温余辉材料（CDAMs）作为一种新型的室温余辉材料，具有余辉性能优异、制备简单、毒性小、稳定性和生物相容性好、结构易于调控等优点，在实际应用中展示出极大的前景。目前，虽然在调控CDAMs的余辉发射波长方面已经取得了很大进展，但是其激发波长的调节仍然是一个巨大的挑战。大多数报道的CDAMs只能被紫外光激发，关于CDAMs中可见光激发余辉的报道更是非常有限，仅能被紫外光或可见光激发的特点严重限制了CDAMs的进一步应用。众所周知，近红外光能量低、光损伤小、穿透力强，因而在防伪、信息加密、生物成像等应用中具有独特优势。然而，到目前为止，还没有关于CDAMs中近红外激发余辉的报道。因此，开发可被近红外光激发的CDAMs具有重要意义。
基于此，作者首次提出了一种简单通用的设计策略来实现CDAMs中近红外激发的余辉发射，巧妙地利用能够将近红外光转化为强烈紫外光和蓝光的NaYF4:Yb,Tm上转换材料（UMs）作为能量供体，进而激发作为能量受体的各种CDAMs。在980 nm激光激发下，通过UMs到CDAMs的能量传递，在不同CDAMs中实现了多色（蓝色、青色、绿色、橙色）余辉。为了优化UM/CDAMs的余辉性能，通过改变稀土离子的掺杂浓度以及UMs和CDAMs的配比来调控UM/CDAMs的余辉强度。在此基础上，对UM/CDAMs的上转换发光衰减曲线进行测试，验证了UMs和CDAMs之间的能量传递过程是辐射能量传递。最后，利用UM/CDAMs独特的近红外激发的多色余辉性能，初步探索了该材料在指纹识别、四维编码和无痕光学防伪签名中的应用。这种近红外激发的碳点基室温余辉材料将在高级防伪和余辉成像等领域具有重要应用前景。
该研究工作得到了国家自然科学基金（面上项目、青年基金）、广东省基础与应用基础研究基金、广州市科技计划项目等的资助。（文/图材料与能源学院庄健乐郑义浩）