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  木質纖維生物質（纖維素、半纖維素及木質素等）憑借固有的發光特性、資源豐富性、可再生性和生物相容性，成為替代石油基聚合物構建室溫磷光（RTP）材料的理想選擇。然而，由于缺乏高度共軛結構，生物質分子難以縮小能隙以產生長波長磷光，大多數生物質基RTP材料主要展現藍色或綠色的靜態磷光，限制了實際應用。將生物質分子直接轉化為紅色和顏色動態可調的RTP材料是領域內挑戰性難題。

  針對以上挑戰，北京林業大學材料學院呂保中副教授、彭鋒教授在木聚糖碳化聚合物點RTP材料的研究基礎上（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 1294-1304; Nat Commun. 2025, 16, 7473），以羧甲基纖維素為碳前驅體，通過乙二胺交聯將其轉化為碳化聚合物點（CPDs），基于核-殼結構調制策略，激活纖維素CPDs的紅色和時間依賴性變色磷光。如圖1所示，CPDs展現出核-殼雙磷光發射中心：分別是發射為535 nm的殼結構綠色磷光中心和發射為610 nm的核結構紅色磷光中心。通過控制反應條件精準調節核-殼結構，可精確調控核-殼雙磷光發射中心的比例，實現從紅色到綠色轉變的時間依賴動態磷光。

圖1 通過精準核-殼結構調控策略實現CPDs的紅色和時間依賴RTP

  如圖2所示，透射電子顯微鏡（TEM）圖像顯示，CPDs呈現出均勻分散的準球形結構，從高分辨透射電鏡（HRTEM）圖像中可知，CPDs中顯示出少量的晶格條紋，證明核內部主要是高度交聯的聚合物結構，并伴隨輕微的碳化。進一步通過FT-IR、NMR、Raman、AFM、XPS等測試證實CPDs由共軛的碳核和羧甲基纖維素殼結構組成。

圖2 CPDs的結構表征

  CPDs的光物理性能如圖3所示。通過“長波長核磷光中心（短壽命）-短波長殼磷光中心（長壽命）”的核殼結構設計，為紅色和時間依賴RTP的實現提供結構基礎。CPDs的磷光光譜在610 nm和535 nm處出現兩個發射峰，即分別對應長波長核磷光中心和短波長殼磷光中心，磷光壽命分別為644和439 ms。由于兩種磷光發射中心衰減速率不同，CPDs產生獨特的時間依賴性磷光。在關閉365 nm紫外燈后，隨著時間的變化，磷光顏色從紅色轉變到黃色再到綠色，余輝持續時間超過5 s。

圖3 CPDs的光物理性質

  為進一步研究CPDs紅色和時間依賴RTP的形成機理，探究了不同反應條件下CPDs的結構變化和磷光性能。如圖4所示，當碳化溫度較低時（160 °C），碳核的共軛程度不足以降低能隙來產生紅色磷光，CPDs只能產生單一的綠色磷光。當延長反應時間（10 h）和提高反應溫度（180 °C）時，羧甲基纖維素交聯碳化程度增加，導致共軛域變大，這一過程會抑制殼結構綠色磷光發射中心，并增強紅色磷光中心，因此CPDs產生單一的紅色磷光。進一步提高反應溫度（200 °C）則會導致過度碳化，引起磷光猝滅。只有在適當的反應條件下（180 °C和8 h），CPDs中綠色磷光中心和紅色磷光中心平衡共存，從而產生從紅色到綠色轉變的高對比度時間依賴變色磷光。隨后，利用理論計算進一步闡明增強的共軛結構促進了CPDs紅色磷光的產生。

圖4 CPDs的紅色和時間依賴變色磷光機理

  基于纖維素CPDs獨特的紅色和時間依賴變色磷光，實現了時間維度的動態信息加密，并利用不同CPDs的變色磷光和壽命差異，開發出多模式、高復雜度的防偽功能（圖5）。本研究為實現纖維素的紅色和時間依賴變色磷光提供了一種高效的方法，并深入揭示了纖維素CPDs的磷光發射機制，為該領域的研究提供了新的見解和參考。

圖5 CPDs的多級信息加密和防偽應用

  以上研究成果以“Red and Time-Dependent Phosphorescence Color Generated from Cellulose Carbonized Polymer Dots via Precise Core-Shell Structure Modulation”為題發表于《Advanced Functional Materials》期刊。北京林業大學博士研究生高倩（現入職安徽農業大學）、史美超為共同第一作者，呂保中副教授和彭鋒教授為共同通訊作者。該研究得到了國家杰出青年科學基金（32225034）、國家自然科學基金（22308028）、中央高�；�科研業務費專項資金資助（JCYJ202501）等項目的資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202517387