近日，实验室金刚石光电材料与器件团队通过离子晶体策略原位限制柠檬酸衍生碳点实现全色室温磷光，相关成果以“In Situ Confining Citric Acid-Derived Carbon Dots for Full-Color Room-Temperature Phosphorescence”为题发表在国际知名期刊《Small》上。论文第一作者为2020级硕士研究生丁中正，论文通讯作者为单崇新教授、娄庆副教授和沈成龙助理研究员。

碳纳米点（CDs）是一类新型的零维发光碳纳米材料，由于其独特的碳骨架结构和丰富的表面官能团，被认为是实现室温磷光（RTP）的最有前景的材料，CDs在发光二极管、化学传感器、生物成像和安全加密方面具有广阔的应用前景。然而，由于CDs不稳定的三重激发态和严重的聚集猝灭，CDs基长寿命RTP通常是通过将CDs嵌入到基质中来实现，如聚乙烯醇、二氧化硅、尿素、硼酸等。尽管在实现余辉发射方面取得了成功，但仍存在各种问题，例如，使用实现全色磷光发射需要不同波长激发、合成过程繁琐和合成产率低。利用单组分前体实现高效的全色RTP CDs仍然具有挑战性。

由于三重态激子可以通过非辐射跃迁、延迟荧光、三重态-三重态激子湮灭和发光弛豫而耗散，两个前提条件对获得RTP发射至关重要：一个是通过加速激子从单重激发态到三重激发态的系间窜越（ISC）来促进三重态激子激发，另一个是通过构建一个刚性的分子环境来减少三重态的非辐射跃迁耗散。考虑到这些先决条件，通过分子间锁定的晶体工程限制孤立的发色团可以在有机系统中实现高效的RTP发射。晶体工程可以抑制分子运动引起的非辐射跃迁来促进RTP发射。因此，CDs的晶体工程也可以通过三重态-三重态激子湮灭来耗散其三重态激子，并通过调节CDs聚集来引起磷光的辐射跃迁，使其有希望通过单一前体实现全色的磷光发射。

在这项工作中研究团队提出了一种简便的原位限制CDs策略，通过在NaOH中快速微波辅助碳化柠檬酸来实现全色磷光碳点（R-CDs）。通过调整柠檬酸和NaOH的质量比，获得的CDs表现出可调控的磷光波长（483-635nm）和寿命（58-389ms），2.5分钟即可合成产率高达83.7%（单次合成大于30g）的全色磷光碳点。理论计算和实验结果证实，钠离子和CDs之间可以形成高密度离子键。通过将CDs分离排列导致高效的余辉发射，而CDs在离子键中聚集状态的改变导致了磷光的红移。这些发现为实现和操纵室温磷光CDs的合成提供了一种策略，并展望了它们在防伪和信息加密方面的应用。这些结果可能为大规模合成磷光CDs提供一个简单的策略，为碳点在防伪和信息加密中的应用铺平道路。

该工作得到了国家自然科学基金、河南省科学技术基金和河南省自然科学基金的支持。

文献链接：https://doi.org/10.1002/smll.202205916