近日，本课题组的研究论文《基于聚集诱导发光碳点和普鲁士蓝设计的动态电控荧光防伪器(Dynamic Electro-fluorochromic Device Based on Aggregation-Induced Emission Carbon Dotsand Prussian Blue for Anti-Counterfeiting)》被Advanced Optical Materials接收。论文第一作者为联培生张文婧和博士后丁一琳，通讯作者为清华大学化工系张如范副教授，济南大学谢政教授和关瑞芳教授。
碳点（CDs）是一类新兴的碳基纳米材料，具有优异的光致发光特性、良好溶解性、环境友好性及多样化的合成方法。这些本征特性使其在光电器件、生物成像和防伪等领域展现出广阔应用前景。然而，CDs在固态下普遍存在聚集导致猝灭（ACQ）效应，严重制约了其在光电器件中的应用。尽管已有多种缓解方案被提出，但收效甚微。聚集诱导发光（AIE）机制为CDs的发光调控提供了新思路。然而，AIE型CDs在动态智能器件等光电领域的潜力尚未充分开发，亟需通过器件结构设计构建高性能动态AIE型CDs基电致荧光变色（EFC）器件。
电致变色（EC）材料因具有电压调控的可逆颜色变化能力，在动态器件领域备受关注。目前多数有机EC材料难以同时实现优异的电致变色性能与荧光特性。基于共振能量转移（FRET）机制设计的EFC材料展现出独特优势。相较而言，普鲁士蓝（PB）等无机EC材料具有合成简便、光稳定性好、成本低等优势，其宽谱吸收特性（覆盖可见光区）为构建荧光开关提供了可能，是理想的开发电控荧光材料。
本研究创新性地将PB与AIE型CDs结合，开发出新型EFC材料。材料在电场刺激下可动态调制颜色与荧光强度，实现双模式可逆光学响应。所制备的薄膜器件具有优异循环稳定性与快速响应特性。基于该材料构建的防伪器件，通过荧光-颜色双通道加密实现了信息的安全存储，为高安全性信息加密技术开辟了新路径。随着材料体系的持续优化，其在柔性电子、节能技术等领域的集成应用将推动新一代智能系统的发展。
图 1. 碳点的示意图及基本性能。
成功制备了AIE碳点。乙醇与水的比例变化会显著影响CDs溶液在450 nm（蓝光）和610 nm（红光）处的荧光强度：在365 nm紫外激发下，随着乙醇含量增加，红光强度减弱而蓝光增强。进一步研究CDs在不同极性溶中的AIE行，发现其发射峰未随溶剂极性增强呈现规律性红移。固态CDs的红光发射源于AIE机制，为其与普鲁士蓝（PB）的结合及动态智能器件应用奠定了基础。
图 2. CDs/PB薄膜电极的制备与表征。
CDs/PB薄膜结构完整为其在电控荧光器件中的应用奠定基础，尤其在动态智能器件中展现出应用潜力。
图 3. PB 薄膜及 CDs/PB 薄膜的电致变色性能。
CDs/PB复合薄膜展现出优异的电化学性能与结构稳定性复合薄膜着色/褪色响应时间分别达6.415 s/4.597 s。这种快速响应特性与结构-功能协同效应使其在显示器件及高稳定防伪器件中展现出重要应用价值。
图 4.CDs/PB 薄膜的光学性能及机制。
CDs/PB薄膜的变色机制通过FRET效应实现，其核心在于CDs（供体）与PB（受体）间的能量转移：CDs的激发态能量（发射峰630 nm）与PB的可见光吸收带（500-800 nm）光谱重叠，触发非辐射能量转移，导致CDs荧光寿命从1.32 ns缩短至0.61 ns。这一过程通过Jablonski能级模型得到验证，且供体-受体相互作用优化了电荷传输路径，使器件兼具快速离子扩散效率与显著光开关响应（颜色从浅白变为蓝色）。FRET机制与电致变色行为的协同作用，为开发高效光电调控器件提供了理论依据与设计策略。
图 5 器件的防伪应用。
本研究成功开发了一种基于电致变色材料PB与AIE CDs的高性能EFC器件。通过将固态红光CDs与PB复合，材料展现出强红色荧光特性，并证实了PB与CDs之间存在FRET效应。薄膜态的PB/CDs体系表现出显著的电控荧光行为，器件具有优异的光学可逆性（循环稳定性>2000次）与重复性。创新性地将聚集诱导发光型CDs应用于可逆数据加密与解密领域，其独特的器件设计策略、便携式操作特性及多功能集成优势，为智能传感材料与器件的进一步发展提供了重要技术路径。
该研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。Advanced Optical Materials是Wiley旗下的著名光学类期刊，2025年该期刊的影响因子为8.0。
