木质纤维生物质（纤维素、半纤维素及木质素等）凭借固有的发光特性、资源丰富性、可再生性和生物相容性，成为替代石油基聚合物构建室温磷光（RTP）材料的理想选择。然而，由于缺乏高度共轭结构，生物质分子难以缩小能隙以产生长波长磷光，大多数生物质基RTP材料主要展现蓝色或绿色的静态磷光，限制了实际应用。将生物质分子直接转化为红色和颜色动态可调的RTP材料是领域内挑战性难题。

  针对以上挑战，北京林业大学材料学院吕保中副教授、彭锋教授在木聚糖碳化聚合物点RTP材料的研究基础上（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 1294-1304; Nat Commun. 2025, 16, 7473），以羧甲基纤维素为碳前驱体，通过乙二胺交联将其转化为碳化聚合物点（CPDs），基于核-壳结构调制策略，激活纤维素CPDs的红色和时间依赖性变色磷光。如图1所示，CPDs展现出核-壳双磷光发射中心：分别是发射为535 nm的壳结构绿色磷光中心和发射为610 nm的核结构红色磷光中心。通过控制反应条件精准调节核-壳结构，可精确调控核-壳双磷光发射中心的比例，实现从红色到绿色转变的时间依赖动态磷光。

图1 通过精准核-壳结构调控策略实现CPDs的红色和时间依赖RTP

  如图2所示，透射电子显微镜（TEM）图像显示，CPDs呈现出均匀分散的准球形结构，从高分辨透射电镜（HRTEM）图像中可知，CPDs中显示出少量的晶格条纹，证明核内部主要是高度交联的聚合物结构，并伴随轻微的碳化。进一步通过FT-IR、NMR、Raman、AFM、XPS等测试证实CPDs由共轭的碳核和羧甲基纤维素壳结构组成。

图2 CPDs的结构表征

  CPDs的光物理性能如图3所示。通过“长波长核磷光中心（短寿命）-短波长壳磷光中心（长寿命）”的核壳结构设计，为红色和时间依赖RTP的实现提供结构基础。CPDs的磷光光谱在610 nm和535 nm处出现两个发射峰，即分别对应长波长核磷光中心和短波长壳磷光中心，磷光寿命分别为644和439 ms。由于两种磷光发射中心衰减速率不同，CPDs产生独特的时间依赖性磷光。在关闭365 nm紫外灯后，随着时间的变化，磷光颜色从红色转变到黄色再到绿色，余辉持续时间超过5 s。

图3 CPDs的光物理性质

  为进一步研究CPDs红色和时间依赖RTP的形成机理，探究了不同反应条件下CPDs的结构变化和磷光性能。如图4所示，当碳化温度较低时（160 °C），碳核的共轭程度不足以降低能隙来产生红色磷光，CPDs只能产生单一的绿色磷光。当延长反应时间（10 h）和提高反应温度（180 °C）时，羧甲基纤维素交联碳化程度增加，导致共轭域变大，这一过程会抑制壳结构绿色磷光发射中心，并增强红色磷光中心，因此CPDs产生单一的红色磷光。进一步提高反应温度（200 °C）则会导致过度碳化，引起磷光猝灭。只有在适当的反应条件下（180 °C和8 h），CPDs中绿色磷光中心和红色磷光中心平衡共存，从而产生从红色到绿色转变的高对比度时间依赖变色磷光。随后，利用理论计算进一步阐明增强的共轭结构促进了CPDs红色磷光的产生。

图4 CPDs的红色和时间依赖变色磷光机理

  基于纤维素CPDs独特的红色和时间依赖变色磷光，实现了时间维度的动态信息加密，并利用不同CPDs的变色磷光和寿命差异，开发出多模式、高复杂度的防伪功能（图5）。本研究为实现纤维素的红色和时间依赖变色磷光提供了一种高效的方法，并深入揭示了纤维素CPDs的磷光发射机制，为该领域的研究提供了新的见解和参考。

图5 CPDs的多级信息加密和防伪应用

  以上研究成果以“Red and Time-Dependent Phosphorescence Color Generated from Cellulose Carbonized Polymer Dots via Precise Core-Shell Structure Modulation”为题发表于《Advanced Functional Materials》期刊。北京林业大学博士研究生高倩（现入职安徽农业大学）、史美超为共同第一作者，吕保中副教授和彭锋教授为共同通讯作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金（32225034）、国家自然科学基金（22308028）、中央高校基本科研业务费专项资金资助（JCYJ202501）等项目的资助。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202517387