Advanced Science:碳点寿命工程用于时分双路加密

光学多路复用技术在数据存储、信息加密、防伪、时间分辨生物成像等领域发挥了重要作用。已报道的通过控制发光颜色/强度来实现多路复用的方法会产生光谱重叠。相比之下,将时间信道用作划分对象,通过分配不重叠时间段的多个信道来实现的复用技术具有巨大潜力。目前可调谐寿命的稀土掺杂的发光纳米晶体多路复用还存在寿命短、毒性大等缺点。在成像过程中需要昂贵的时间分辨扫描系统;较高的毒性也限制了其在生物领域的应用。因此,开发环境友好型发光纳米粒子,调控其荧光寿命,是简化多路复用编码和解码过程的关键。

荧光碳纳米点(CNDs)作为碳材料家族成员,其具有易于制备、发光效率高、环境友好等优点,受到了广大科研人员的关注,是可用于光学多路复用的理想候选材料。但是,CNDs的发光寿命调控仍然是一项重大挑战,因为它通常需要复杂的分子设计和激发态调控。因而通过简单的手段实现碳纳米点的寿命调控,有望能够实现时空重叠信息分离,用于先进信息加密领域。

2020年,郑州大学刘凯凯副教授和单崇新教授团队与合作者提出了将碳点限制于亲水性纳米二氧化硅的合成策略,开发出一种在水溶液中具有磷光发射的碳点@二氧化硅复合材料,见Nano Today 34 (2020) 100900。但该研究目前尚缺少对碳点@二氧化硅复合材料的室温磷光寿命的调控方法。在该研究的基础上,课题组发现水通过猝灭三重态激子,在调节CNDs发光寿命中起着关键作用。基于磷光寿命可控的碳纳米点,实现了时空重叠信息的分离,展示了其在高级信息加密领域的前景。本文的研究结果为多寿命通道生物成像,高密度信息存储和防伪等方面开辟一条崭新的道路。

相关论文在线发表在Advanced Science上(DOI: 10.1002/advs.202003433)。