室温磷光（RTP）材料因其具有长寿命、大斯托克斯位移及极低的背景荧光干扰等优势，在生物成像、信息加密和光电子器件等领域展现出广阔的应用前景。然而，磷光发射过程通常依赖于高效的系间窜越，且三重态激子易受到分子振动引发的非辐射跃迁影响，导致磷光材料的量子产率与磷光寿命之间长期存在内在权衡关系。这一关键问题限制了磷光材料的进一步发展与应用。因此，探索能够同时实现高磷光量子产率和超长磷光寿命的材料设计策略，具有重要的科学意义和应用价值。
针对这一难题，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所董文飞研究员团队创新性提出一种“高产率发光中心+双功能刚性基质”的协同构建策略，成功制备出一种基于硅纳米点（SiNDs）的高性能长寿命磷光材料。前期研究成果（Chem. Eng. J. 2023, 470, 144349.）表明SiNDs的高量子产率特性具备开发高性能磷光材料的潜力。在此基础上，研究团队针对磷光发射对“刚性微环境”的核心需求，对材料结构进行了优化设计。在本研究中，硅纳米点被固定于由熔融尿素和脲醛树脂组成的双功能复合基质之中。其中熔融尿素提供了有效的空间限域作用，而脲醛树脂则构建了丰富的氢键网络。二者协同作用有效抑制了发光基团的分子振动与非辐射跃迁过程，由此制备的室温磷光材料（SiNDs@U+F）表现出优异的综合性能。
在365 nm紫外光激发下，该材料的磷光量子产率达到81.04%，磷光寿命长达3.44秒，肉眼可以观察到持续约52秒的青色磷光余辉。研究团队进一步通过磷光共振能量转移策略，成功将余辉发射波长拓展至深红光区域（702 nm）。基于余辉颜色的可调性和时间分辨发光特性，团队进一步融合人工智能算法，开发出一种AI辅助的高级防伪识别系统，拓展了长余辉材料在实际应用中的潜力。该研究不仅为制备兼具高磷光量子产率与超长寿命的磷光材料提供了一种可行策略，也为未来设计和开发新一代高性能磷光材料提供了参考。
图1.硅纳米点复合物材料的合成和发光过程示意图，以及人工智能辅助的动态信息加密过程。
图2.硅纳米点复合物材料的光致发光性质与实物图。
图3.不同染料掺杂下的硅纳米复合物材料的光致发光性质，以及磷光共振能量转移示意图。
相关研究成果以“Urea-Formaldehyde Resin Confined Silicon Nanodots Composites: High-Performance and Ultralong Persistent Luminescence for Dynamic AI Information Encryption”为题发表在Advanced Science（中国科学院一区，IF = 14.1）。苏州医工所博士后柳裕禄和曹磊为本文共同第一作者，董文飞研究员和昝明辉副研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、中国博士后科学基金、苏州市基础研究试点项目等基金的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202522820
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