微纳光电功能材料创新团队在国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表最新研究成果

近日，微纳光电功能材料创新团队王子飞教授课题组在超长持续发光碳点设计及发光机制研究方面取得重要进展。相关成果以“Day-Long Persistent Luminescence in Intrinsically Integrated Donor-Acceptor Carbon Dots Enabled by Defect-Mediated Charge Trapping”为题，发表在国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》（影响因子17.6）上。材料科学与工程学部2023级硕士研究生邱昊为论文第一作者，王子飞教授和北京师范大学袁方龙教授为论文共同通讯作者。校（院）为第一署名单位。

长持续发光（Long-Persistent Luminescence，LPL）材料能够在停止光激发后持续存储并缓慢释放光能，在光信息存储、智能显示、生物医学等领域具有重要应用价值。由于无机金属体系具有丰富的陷阱能级和优异的稳定性，目前高性能LPL材料仍主要集中于无机体系。然而，无机LPL材料普遍存在制备条件苛刻、可加工性差和发光颜色调控困难等问题，促使有机LPL材料逐渐成为该领域的研究热点。近年来发展的有机双组分供体–受体LPL体系虽然能够实现长寿命电荷分离，但普遍存在相分离、体系稳定性不足等问题；随后发展的单组分供体–受体体系虽提高了体系稳定性，却因供体–受体间短程电荷转移导致电荷快速复合，难以兼顾超长LPL。因此，发展兼具超长余辉寿命、多色可调和高稳定性的单组分LPL体系，是该领域亟待解决的重要科学问题。

针对此问题，研究团队基于前期在发光碳点设计与性能调控（Adv. Mater. 2017, 29, 1702910；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 16343）、长寿命激发态调控（Angew. Chem. Int. Ed. 2026, 65, e24898；Angew. Chem. Int. Ed. 2026, 65, e7773102；Adv. Mater. 2024, 36, 2401493）以及发光机制与构效关系（Coord. Chem. Rev. 2024, 503, 215642；Coord. Chem. Rev. 2025, 538, 216734；Adv. Funct. Mater. 2026, 36, e09988）等方面的系统研究基础，提出了一种在单个碳点内部原位构筑供体–受体结构并协同缺陷陷阱的新策略。该策略在碳点形成过程中将氮掺杂碳核供体与芳基硼酸受体原位耦合于同一碳点内部，同时引入丰富的本征缺陷陷阱，实现供体–受体结构、电荷存储中心和发光中心的协同集成，为高性能单组分LPL材料设计提供了新的思路（图1）。

图1. 单组分LPL碳点的设计原理及制备过程

基于该策略构建的单组分LPL碳点，持续发光时间最长达36小时，肉眼可见余辉超过4小时。通过受体工程调控受体电子结构，实现了LPL颜色由深蓝到黄绿色的连续可调，并阐明了“电荷转移—电荷分离—缺陷陷阱存储—热激活释放—电荷复合发光”的LPL发光机制（图2）。依托其优异的日尺度LPL性能和连续多色发光特性，进一步构建了高分辨率余辉显示、动态防伪及智能信息加密等光功能器件，为智能光子技术和光信息安全领域的发展提供了新的材料体系。

图2. 陷阱特性、激发态演化及LPL发光机制

本研究不仅建立了单组分超长LPL碳点的设计新范式，还发展了基于受体工程的多色LPL调控策略，为高性能超长余辉材料的理性设计提供了新思路，对推动智能光子技术及新型光信息存储器件的发展具有重要意义。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、北京市自然科学基金等项目的资助。