 导语 室温磷光碳量子点（CDs）具有高光稳定性、低毒性、生物相容性好、低能耗的制备过程等优势，且磷光发射可以消除短寿命的荧光和光散射背景。因此室温磷光CDs在信息安全领域具有潜在的应用价值。但是由于三线态激子很容易被分子振动、氧分子猝灭，如何稳定三线态激子，阻止非辐射猝灭过程实现CDs自保护室温磷光是一个极具挑战性的难题。近日，天津大学材料科学与工程学院封伟教授课题组在该研究领域取得了新突破（Adv. Funct. Mater., DOI: 10.1002/adfm.201800791）。封伟教授人物访谈内容详见文章末尾。 功能有机/碳复合材料研究室（简称FOCC实验室）简介 天津大学材料科学与工程学院FOCC实验室是在国家杰出青年基金获得者、国家万人计划创新领军人才封伟教授的带领下，凝聚了材料、物理、化学、电子信息交叉学科的年轻队伍，针对碳材料存在的复合技术难点，提出了基于分子设计与结构设计的分子级复合关键技术，系统研究了光敏性分子储能偶氮碳复合材料、高强和高导热微纳有序结构的碳复合材料以及高比能量高比功率氟化碳复合材料，总结出了碳复合材料的结构调控与其光、电、力、热等性能的优化规律，推动了功能碳复合材料在新能源技术与航空航天及国防技术领域的应用。 目前团队主要研究方向为1）光热能转换与存储材料；2）氟化碳材料；3）高导热碳复合材料；4）新型二维原子晶体材料；5）智能响应聚合物材料等。相关成果在Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., J. Mater. Chem. A等国际期刊上发表SCI文章150余篇（IF>7.0的45篇），被他人引用2600余次，先后16次被选为研究亮点作为封面/底刊登，授权中国发明专利和国防专利50件，相关技术在国家航天科技重大工程中获得应用。团队曾2次获得天津市技术发明一等奖，2次获得天津市自然科学二等奖、第十八届中国科协创新创业大赛银奖以及全国百篇优博提名奖等奖项。 团队成员简介 封伟：教授、博导，天津大学材料学院教授、博士生导师。1992年毕业于西安交通大学高分子材料专业。国家“万人计划”科技创新领军人才、国家杰出青年基金获得者，科技部中青年创新领军人才,天津市“131”创新型团队负责人，日本JSPS学术振兴委员会高级访问学者。任教育部科技委材料学部委员与国防学部委员。是中国机械工程学会材料分会高分子材料专业委员会委员，中国材料研究学会高分子材料与工程分会常务理事以及中国复合材料学会高分子纳米复合分会副主任等。主持负责了国家973项目课题、科技部重点研发课题、国家自然科学基金重点项目、杰青项目及国防科技支撑项目、总装预研项目等。研究成果获得省部级科技一等奖2项，二等奖2项。
前沿科研成果Advanced Functional Materials： 长寿命室温磷光碳量子点 发光隐形材料，特别是室温磷光材料，具有长发光寿命和独特的单线态-三线态跃迁等优异特征，且其磷光发射可以消除短寿命的荧光和光散射背景，能起到非常显著的加密效果，是光子加密信息的重要载体。其在信息安全领域广泛应用，具有非常高的经济价值，因而引起了科学家的极大研究兴趣。 室温磷光碳量子点具有高光稳定性、低毒性、生物相容性好、低能耗的制备过程等优势，使其在高信息安全领域具有非常潜在的应用价值。特别是自保护的室温磷光碳量子点有以下几点优势：1、无需考虑基质辅助的氧隔离层就可以实现室温下高效磷光发射；2、外界刺激可以直接作用于裸露的碳量子点，有利于设计具有外界刺激响应性的磷光传感器；3、可以通过喷墨打印技术实现复杂的图案设计；4、磷光性能可以实现时间维度和空间维度的高安全信息保护。但是目前报道的绝大多数基于碳量子点的室温磷光材料中，需将碳量子点嵌入到基质中才能获得室温磷光发射现象。如何实现碳量子点的自保护磷光性能仍然存在巨大挑战。 近日，天津大学材料学院封伟团队采用一步水热法制备了具有自保护超长室温磷光性能的氟氮双掺杂碳量子点（FNCDs）。这种氟氮双掺杂碳量子点表现出优异的荧光pH稳定性和自保护室温磷光pH响应性，其室温磷光寿命在强碱性环境（pH=12.62）下达到1.21秒。用氟氮双掺杂碳量子点的水分散液制备的墨水可以通过商业喷墨打印机将设计的复杂图案、文字等加密信息打印在滤纸上，待其干燥后在紫外灯下发射出强烈的固态蓝色荧光，移去紫外灯后会发射出自保护绿色磷光。因此，基于氟氮双掺杂碳量子点隐形墨水可被应用于信息记录/读取、防伪和隐写术领域。同时，这种双元素共掺杂技术为室温磷光材料的设计和应用提供了新思路。 氟氮双掺杂碳量子点制备及其在信息安全中应用 （来源：Advanced Functional Materials） 该工作于2018年7月25日以“Self-protective Room-Temperature Phosphorescence of Fluorine and Nitrogen Co-doped Carbon Dots”为题在线发表在Advanced Functional Materials杂志上，论文的DOI号为10.1002/adfm.201800791，论文第一作者为博士生龙鹏。 天津大学封伟团队长期致力于氟化碳纳米材料的开发，近年来在氟化碳纳米管（Chem. Eng. J., 2018, 349, 756; J. Power Sources, 2011, 196, 2246; Electrochim. Acta, 2013, 107, 343）、氟化石墨烯（Adv. Sci., 2016, 1500413; Chem. Commun., 2018, 54, 2727; J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 6378; Carbon, 2017, 116, 338; J. Power Sources, 2016, 312, 146; Nanoscale, 2014, 6, 2634; J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 23095）和氟化碳量子点（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 437981; RSC Adv., 2017, 7, 2810; Nanoscale, 2014, 6, 13043）等材料的研究和设计上取得了一系列原创性成果。 封伟教授的人物访谈 CBG资讯：单独开展研究工作以来，您觉得最有价值或者比较自豪的研究成果有哪些？ 封伟教授：我自2004年人才引进到天津大学单独成立课题组以来，由于当时启动经费少，搭建制备和测试装置还比较困难，所以我们就从纳米碳材料的功能化研究这个难点出发，比如我的第一个国家自然科学基金青年基金2003年立项批了26万元，那可真是雪中送炭，做了很多光敏性定向碳管的工作，在结题的时候给予了“特优”评价；之后我们就在光敏性碳管的各向异性、定向排布、高导电、高光热能等方面开展了一系列原创性的工作。特别是光热能的高效转化与稳定存储方面我们通过分子设计与结构优化，已经获得了国际上最高的能量密度和功率密度的材料，在《科技日报》头版“发现与创新”栏目给予了报道，并获得了天津市技术发明一等奖。团队也受邀在Chem. Soc. Rev.上撰写了综述系统介绍了此类材料的发展与未来技术走向。 CBG资讯：您的课题组目前共有多少人？对于学生的科研工作您有什么要求或想法？对于有意向进入这一研究领域的学生您有什么寄语？ 封伟教授：我们课题组目前有40个人，其中5位老师，12位在读博士生，23位在读硕士生。我希望每一个学生都能成才，将来为祖国的伟大事业做出自己的一份贡献。天津大学材料科学与工程学院功能有机碳复合材料研究室（简称FOCC），是一个充满活力、团结和谐、高效务实、积极进取的团队。由于我们课题组的科研工作具有多学科交叉的特性，目前确定的研究思路是：以碳纳米复合材料的结构设计与材料制备为基础，以复合结构的优化调控为核心技术，以光、电、力、热等宏观性能的提升为需求目标，开展面向国家重大需求和国际学术前沿的热点研究。要求每个研究生既要有各自的独门功夫，也要有团队的集团作战优势，集智攻关，确保我们的理论科学和技术科学同步推进，确保我们的每项研究都能为国家和社会所用。比如我们做的定向高导热弹性碳基热密封材料为我国航天飞行器发展做了关键的材料技术支撑，该项技术也获得了2017年天津市技术发明一等奖；比如我们从2008年在国家973项目的支持下开展研制氟化碳纳米材料，目前FOCC团队也是国内能够掌握氟化碳材料的氟碳比和氟碳键型可控的核心技术团队，该项技术也获得了2015年天津市技术发明一等奖。“梦想始于足下，创新永无止境”，欢迎有梦想、有理想、有活力的广大青年学生加入我们团队。 关于人物与科研 * 欢迎联系：editor@chembeango.com ·END· |
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