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  近期，北京林業(yè)大學(xué)許鳳教授、陳勝副教授研究團(tuán)報(bào)道了一項(xiàng)關(guān)于纖維素基室溫磷光材料的重要進(jìn)展。該工作成功制備了兼具耐水性與多色發(fā)射特性的可持續(xù)磷光材料，通過理性設(shè)計(jì)分子間相互作用網(wǎng)絡(luò)，有效解決了傳統(tǒng)有機(jī)室溫磷光材料在水環(huán)境中易發(fā)生淬滅的關(guān)鍵瓶頸。研究采用以天然纖維素為基質(zhì)，通過引入特定芳香酸作為磷光體，并創(chuàng)新性地利用N,N’-二環(huán)己基脲作為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑。其核心機(jī)制在于，在溶解-再生過程中原位構(gòu)建了纖維素、穩(wěn)定劑與磷光體之間復(fù)雜的多重氫鍵與非鍵相互作用網(wǎng)絡(luò)。這種強(qiáng)化后的剛性微環(huán)境能夠顯著抑制水分侵入所引發(fā)的非輻射躍遷通道，從而保障了三重態(tài)激子在含水條件下的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了磷光的高效發(fā)射。

  2025年12月21日，該工作以“Water-Resistant and Multicolor Room Temperature Phosphorescence from Cellulose”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上，論文第一作者為北京林業(yè)大學(xué)博士研究生李翠環(huán)，共同通訊作者為許鳳教授、陳勝副教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。

圖1 纖維素基抗水多色室溫磷光材料的構(gòu)建

  光譜表征表明，通過調(diào)控磷光體的π共軛結(jié)構(gòu)（如聯(lián)苯二酸、菲羧酸與芘羧酸），材料可實(shí)現(xiàn)從綠色（504 nm）到紅色（606 nm）的磷光顏色調(diào)控。其中，基于菲羧酸的體系在室溫下表現(xiàn)出高達(dá)36.56%的磷光量子產(chǎn)率與723 ms的壽命，體現(xiàn)了優(yōu)異的綜合性能。尤為突出的是，材料在水中浸泡十天后，其磷光強(qiáng)度與壽命均未發(fā)生衰減，部分體系壽命甚至出現(xiàn)增長，證實(shí)了其卓越的環(huán)境穩(wěn)定性。

圖2 纖維素基室溫磷光材料在水環(huán)境中的光學(xué)性能研究

  研究進(jìn)一步通過分子動(dòng)力學(xué)模分析，從理論上闡釋了耐水性的結(jié)構(gòu)起源。模擬結(jié)果表明，穩(wěn)定劑的加入顯著增強(qiáng)了體系內(nèi)的氫鍵數(shù)量與非鍵相互作用能，為磷光體提供了更強(qiáng)的空間限域效應(yīng)，這是其在水中抵抗淬滅的微觀基礎(chǔ)。基于此獨(dú)特性能，研究團(tuán)隊(duì)展示了該材料在水響應(yīng)型信息加密、水相Fe³⁺離子特異性檢測以及水下應(yīng)急光信號(hào)指示等方面的潛在應(yīng)用。

圖3 纖維素基室溫磷光材料水下發(fā)光的機(jī)理研究

圖4 應(yīng)用前景：“水控”多級(jí)信息加密；水相中金屬離子檢測

  此項(xiàng)研究不僅發(fā)展了一類性能優(yōu)異的可持續(xù)磷光材料，更重要的是提供了一種通過構(gòu)筑強(qiáng)健分子相互作用網(wǎng)絡(luò)以穩(wěn)定材料功能、抵御環(huán)境干擾的普適性策略。它突破了纖維素基磷光材料無法適用于潮濕環(huán)境的傳統(tǒng)認(rèn)知，為設(shè)計(jì)面向真實(shí)復(fù)雜工況的下一代智能發(fā)光材料提供了新的思路。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202526407