物理化学学报丨郑州大学卢思宇课题组团队:双限域基质构筑可调谐白色室温磷光碳点复合材料及其公斤级规模化制备

主要亮点

本研究构建B₂O₃-三聚氰酸双限域碳点磷光复合材料，通过调控基质配比实现暖白至冷白光连续色温可调，显色指数最高 91.1，阐明碳核、B/N 共掺杂与刚性基质协同发光机制；材料稳定性优异，可一步水热公斤级规模化制备，还能应用于高对比度潜指纹成像与多级信息加密防伪。

研究背景：意义、现状

白光室温磷光材料在照明、指纹识别、信息防伪等领域应用前景广阔，但当前主流商用无机发光粉含有重金属，存在原料稀缺、合成繁琐、生物毒性大等短板，不利于可持续发展。现有单一组分白光碳点磷光材料虽低毒、原料易得、制备简便，却存在两大关键瓶颈：一是发光色温不可连续调控，仅能产出固定离散白光，显色性能受限；二是合成规模停留在毫克级实验室小试，难以放大量产。此外，依靠多色材料复配得到的白光体系，还会因各组分余辉时长、稳定性差异产生相分离与色彩偏移。从发光机理来看，室温下三重态激子极易受分子振动、氧气干扰发生非辐射猝灭，缺少刚性限域环境难以获得高效磷光。基于上述痛点，亟需设计新型多重限域基质体系，开发可连续调色、低成本、能公斤级量产的环保型单组分白光室温磷光碳点复合材料。

核心内容

团队选用间羟基苯甲醛、硼酸、尿素平价原料，在 200 ℃条件下经 5 h 一步水热合成，仅调控硼酸与尿素投料比例，即可制备暖、中、冷三类白光磷光复合材料。工艺简单、不含重金属、无需高端设备，同时该路线可直接放大至公斤级制备，量产样品与实验室小样的结构、发光性能高度一致，突破传统磷光材料仅能微量制备的短板，拥有工业化应用前景。

借助电镜、XRD、红外、XPS 全套表征解析材料微观结构：超细球形碳点均匀嵌在多孔B₂O₃-三聚氰酸基质中，无团聚现象，晶格条纹证明石墨碳结构存在；基质内部形成大量氢键与共价键，刚性多孔结构形成物理限域屏障，隔绝氧气、抑制分子振动，减少磷光非辐射损耗。元素分析证实 B、N 共掺杂比例随原料配比规律性变化，硼元素含量越高碳骨架共轭程度越强，氮掺杂则调控短波发光中心，从微观结构层面解释了色温可调、长效磷光的内在机理。

这套碳点复合材料实现 3773 K 暖白光～14551 K 冷白光连续色温调控，中性白光样品显色指数高达 91.1，磷光寿命近 680 ms。原料配比和发光色度呈高度线性关联，可精准定制目标白光；低温光谱拆解出蓝、绿、红三组发射峰，三色叠加形成宽带白光。硼、氮掺杂协同调控发射波段，碳核尺寸与表面含氧基团进一步优化系间窜越效率。材料耐储存、抗紫外辐照，室温存放半年、持续光照 10 天，余辉强度保留超 85%，长效稳定性远超多数传统碳点磷光体系。

材料落地两大安全领域应用。一是潜指纹磷光成像：粉末撒覆法即可显现玻璃基底上的汗液指纹，清晰呈现指纹核心、分叉、交叉等细节纹路，适配刑侦痕迹快速检测；二是多级信息加密防伪：复合荧光染料搭建多模态编码矩阵，紫外灯照射时荧光干扰隐藏密码，关灯 4 秒后延时磷光显现二进制、摩尔斯编码，只有掌握解码规则才能读取加密文字，双重发光模式大幅提升防伪破解门槛，为痕迹检测、高端票据防伪提供全新发光材料方案。

结论与展望

本研究通过调控硼酸与尿素前驱体配比，一步水热制备出 B₂O₃/三聚氰酸双限域碳点室温磷光复合材料，实现 3773 K 暖白光至 14551 K 冷白光的连续色温调控，中性白光样品显色指数可达 91.1。结构表征证实多孔刚性双基质与碳点形成共价结合，依靠多重限域效应抑制分子振动与氧气猝灭；白光磷光由碳核尺寸、表面官能团、B/N 共掺杂协同调控，硼掺杂促进长波发射、氮掺杂增强短波蓝光贡献。该材料原料廉价、工艺简单，经工艺优化实现公斤级规模化制备，放大样品发光性能与实验室小样基本保持一致；材料具备优异储存与抗光辐照稳定性，可成功用于高分辨潜指纹成像，同时构建了基于延时磷光信号的摩尔斯码信息加密防伪体系，为环保型可调白光室温磷光材料提供全新制备策略。

原文链接

中文：https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.1016/j.actphy.2026.100369

英文：https://doi.org/10.1016/j.actphy.2026.100369

主要亮点

卢思宇 教授

吉林大学本硕博，教授, 博士生导师，中原基础领军，主要从事碳点的可控制备及其在发光、催化等领域的功能研究。主持基金委优秀青年（结题A），区域联合重点，面上，青年等项目。

张永强 研究员

博士生导师，主要从事新型碳量子点、石墨烯量子点、碳化聚合物点等的合成、发光调控、机理解析及其光电器件研究，在碳点的发光颜色、荧光量子产率的调控及多色发光机制、可调谐高性能微纳米激光器件等领域取得了一系列创新性成果，河南省优秀青年科学基金获得者，主持国家级科研项目4项。