西安工业大学陈卫星教授和金洗郎教授课题组：具有多重信息防伪性能的多色聚集诱导荧光碳点的研究

在过去的十年中，碳点（CDs）由于其制备简单、光学性能优异、生物相容性好、成本低等突出优点，在成像、传感、发光器件等方面被广泛研究。与有机荧光分子类似，大多数CDs在固态下猝灭，是由于它们之间直接π-π堆叠和荧光共振能量转移（FRET），这限制了其在照明和显示器件中的应用。然而，Tang等人首次报道了聚集诱导发射(AIE)效应。近年来，AIE CDs基材料被广泛报道，提出了几种合理的策略来产生和增强聚集状态下的荧光。但是，大部分具有聚集诱导发光的碳点在固态下颜色较为单一，未能得到多色聚集诱导荧光碳点。因此，开发具有多种颜色的聚集诱导发光碳点，可以在多重防伪信息加密等广泛应用领域取得重大突破。

西安工业大学材料与化工学院陈卫星教授和金洗郎教授课题组以水杨酸、硫代水杨酸和2,2′-二硫代水杨酸为前驱体，采用环保、低成本的一锅溶剂热法制备了新型多色AIE CDs (M-CDs)。在有机溶剂中，M-CDs表现为蓝色发射，但在水溶液中发生聚集，由于AIE效应会显示出红色、黄色、绿色和蓝色荧光。文章分析了前驱体种类对AIE效应的影响，并结合理论计算，揭示了sp²共轭域的增加会降低Eg并引起红移发射波长。此外，该多色AIE CDs可用作打印墨水，可以创建学校徽章和二维码等的信息加密。这些研究对多重防伪信息加密应用具有重要意义。

图1.多色荧光碳点（M-CDs）的合成。

图2 (a-d) M-CDs的TEM 图像及尺寸分布。(e) M-CDs的XRD 图像。(f) M-CDs的FT-IR图像。(g) M-CDs的XPS图像. (h)M-CDs的13C NMR图谱 (i) M-CDs 的1H NMR图谱(j) M-CDs的MS图谱。

图3. (a-d)M-CDs粉末的紫外可见吸收、荧光激发光谱(E_x)和发射光谱(E_m)。(e-h) M-CDs在不同激发波长(280 ~ 4 60 nm)下的荧光发射。(i-l) M-CDs的三维荧光发射光谱。B-CDs (a, e, i) G-CDs (b, f, j), Y-CDs (c、g、k)和R-CDs (d h l)。

图4. (a-d) M-CDs的荧光寿命衰减曲线。(e-h)可见光及紫外灯下不同水含量的M-CDs溶液照片。(i-l)不同水含量制备的M-CDs溶液的荧光发射光谱。B-CDs (a, e, i), G-CDs (b, f, j), Y-CDs (c、g、k)和R-CDs (d h l)。

图5. M-CDs的结构模型及LUMO和HUMO带隙能计算。

图6. M-CDs的应用。(a)喷涂水和乙醇前后在M-CDs溶液上绘制的图案照片。(b)在紫外光下喷墨打印的M-CDs墨水照片。(c)制备的四种不同颜色的M-CDs聚合物，在紫外线下缠绕在玻璃管上。(d)制备的M-CDs/TPU薄膜。

陈卫星：西安工业大学教授，博士生导师，陕西省教学名师，江苏省“双创人才”。主要从事光电功能高分子的合成、表征及其应用研究。承担纵横向科研项目20余项；获陕西省科学技术奖二等奖1项、陕西高等学校科学技术奖一等奖1项、二等奖2项、陕西省自然科学优秀论文奖三等奖1项；以第一作者或通讯作者在Advanced Functional Materials, Advanced Composites and Hybrid Materials, Talanta等期刊上发表学术研究论文80余篇，其中SCI/EI收录50余篇次；申请发明专利20件，授权发明专利8件。

金洗郎：西安工业大学教授，博士生导师。主要从事有机荧光、室温磷光材料的制备及其在荧光成像、发光二极管、光学防伪等领域的应用研究。获陕西省创新人才推进计划-青年科技新星、陕西省普通高等学校第三批“青年杰出人才支持计划”，陕西省化学优秀青年奖，陕西省科学技术进步一等奖1项、陕西高等学校科学技术奖二等奖2项。主持并参与国家自然科学基金、陕西省科技厅基金等10项，在Advanced Functional Materials, Chemical Engineering Journal, Advanced Optical Materials等国际知名期刊发表论文60余篇，授权发明专利13项。

第一作者简介：丁镠：西安工业大学博士生。

Ding L, Jin X, Gao Y, et al. Novel strategy of multidimensional information encryption via multi-color carbon dots aggregation-induced emission. Nano Research, 2024.