在過去的十年中，碳點（CDs）由于其制備簡單、光學性能優(yōu)異、生物相容性好、成本低等突出優(yōu)點，在成像、傳感、發(fā)光器件等方面被廣泛研究。與有機熒光分子類似，大多數(shù)CDs在固態(tài)下猝滅，是由于它們之間直接π-π堆疊和熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET），這限制了其在照明和顯示器件中的應用。然而，Tang等人首次報道了聚集誘導發(fā)射(AIE)效應。近年來，AIE CDs基材料被廣泛報道，提出了幾種合理的策略來產(chǎn)生和增強聚集狀態(tài)下的熒光。但是，大部分具有聚集誘導發(fā)光的碳點在固態(tài)下顏色較為單一，未能得到多色聚集誘導熒光碳點。因此，開發(fā)具有多種顏色的聚集誘導發(fā)光碳點，可以在多重防偽信息加密等廣泛應用領域取得重大突破。

西安工業(yè)大學材料與化工學院陳衛(wèi)星教授和金洗郎教授課題組以水楊酸、硫代水楊酸和2,2′-二硫代水楊酸為前驅(qū)體，采用環(huán)保、低成本的一鍋溶劑熱法制備了新型多色AIE CDs (M-CDs)。在有機溶劑中，M-CDs表現(xiàn)為藍色發(fā)射，但在水溶液中發(fā)生聚集，由于AIE效應會顯示出紅色、黃色、綠色和藍色熒光。文章分析了前驅(qū)體種類對AIE效應的影響，并結合理論計算，揭示了sp²共軛域的增加會降低Eg并引起紅移發(fā)射波長。此外，該多色AIE CDs可用作打印墨水，可以創(chuàng)建學?；照潞投S碼等的信息加密。這些研究對多重防偽信息加密應用具有重要意義。

圖1.多色熒光碳點（M-CDs）的合成。

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

圖3. (a-d)M-CDs粉末的紫外可見吸收、熒光激發(fā)光譜(E_x)和發(fā)射光譜(E_m)。(e-h) M-CDs在不同激發(fā)波長(280 ~ 4 60 nm)下的熒光發(fā)射。(i-l) M-CDs的三維熒光發(fā)射光譜。B-CDs (a, e, i) G-CDs (b, f, j), Y-CDs (c、g、k)和R-CDs (d h l)。

圖4. (a-d) M-CDs的熒光壽命衰減曲線。(e-h)可見光及紫外燈下不同水含量的M-CDs溶液照片。(i-l)不同水含量制備的M-CDs溶液的熒光發(fā)射光譜。B-CDs (a, e, i), G-CDs (b, f, j), Y-CDs (c、g、k)和R-CDs (d h l)。

圖5. M-CDs的結構模型及LUMO和HUMO帶隙能計算。

圖6. M-CDs的應用。(a)噴涂水和乙醇前后在M-CDs溶液上繪制的圖案照片。(b)在紫外光下噴墨打印的M-CDs墨水照片。(c)制備的四種不同顏色的M-CDs聚合物，在紫外線下纏繞在玻璃管上。(d)制備的M-CDs/TPU薄膜。

陳衛(wèi)星：西安工業(yè)大學教授，博士生導師，陜西省教學名師，江蘇省“雙創(chuàng)人才”。主要從事光電功能高分子的合成、表征及其應用研究。承擔縱橫向科研項目20余項；獲陜西省科學技術獎二等獎1項、陜西高等學?？茖W技術獎一等獎1項、二等獎2項、陜西省自然科學優(yōu)秀論文獎三等獎1項；以第一作者或通訊作者在Advanced Functional Materials, Advanced Composites and Hybrid Materials, Talanta等期刊上發(fā)表學術研究論文80余篇，其中SCI/EI收錄50余篇次；申請發(fā)明專利20件，授權發(fā)明專利8件。

金洗郎：西安工業(yè)大學教授，博士生導師。主要從事有機熒光、室溫磷光材料的制備及其在熒光成像、發(fā)光二極管、光學防偽等領域的應用研究。獲陜西省創(chuàng)新人才推進計劃-青年科技新星、陜西省普通高等學校第三批“青年杰出人才支持計劃”，陜西省化學優(yōu)秀青年獎，陜西省科學技術進步一等獎1項、陜西高等學?？茖W技術獎二等獎2項。主持并參與國家自然科學基金、陜西省科技廳基金等10項，在Advanced Functional Materials, Chemical Engineering Journal, Advanced Optical Materials等國際知名期刊發(fā)表論文60余篇，授權發(fā)明專利13項。

第一作者簡介：丁镠：西安工業(yè)大學博士生。

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.