基于绿茶源水溶性碳点的聚集诱导发光特性及其在潜指纹识别与信息加密中的应用

针对传统碳点(CDs)存在的聚集导致猝灭(ACQ)效应及合成过程高成本、高污染问题，山东研究人员通过简易溶剂热法从绿茶中制备出具有聚集诱导发光(AIE)特性的水溶性碳点。该材料通过抑制表面羧基运动降低非辐射衰减速率的机制实现固态发光增强，成功应用于潜指纹(LFPs)识别和信息加密领域，为绿色纳米材料的开发提供新思路。

　　

在纳米科技蓬勃发展的今天，碳点(CDs)因其独特的光学性质、化学稳定性和生物相容性，已成为生物医学检测、环境监测和信息安全领域的新宠。然而，大多数碳点面临着一个致命缺陷——聚集导致猝灭(ACQ)效应：当分子浓度过高或处于固态时，过度的共振能量转移或π-π堆叠会使其荧光急剧减弱。这一"自毁式"特性严重制约了碳点的实际应用。尽管科学家尝试通过将碳点分散在硅胶、淀粉等基质中来缓解ACQ效应，但治标不治本的方法始终未能突破材料本身的局限性。

转机出现在2001年，唐本忠团队提出的聚集诱导发光(AIE)概念为这一困境带来曙光。与ACQ效应相反，具有AIE特性的分子在聚集状态下会因分子内运动受限而显著增强荧光。2013年，首例AIE活性碳点的问世点燃了研究热潮，但现有合成方法往往依赖昂贵有毒的前驱体，与绿色化学理念背道而驰。正是在这样的背景下，来自山东的研究团队另辟蹊径，选择日常生活中唾手可得的绿茶作为碳源，通过简易溶剂热法成功制备出兼具水溶性和AIE特性的蓝色荧光碳点，为纳米荧光材料的可持续发展开辟了新路径。

研究团队主要采用溶剂热合成、透射电镜(TEM)形貌表征、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表面分析等技术手段。通过调控溶剂极性、体系粘度和浓度梯度，系统验证了碳点的AIE特性，并深入探究了其发光机制。

结果与讨论
形貌与结构特征
TEM分析显示所制备的碳点呈均匀分布的纳米点状结构，平均直径仅2 nm，尺寸分布符合高斯函数。高分辨图像清晰展现出0.21 nm的晶格条纹，对应于石墨烯的(100)晶面间距。X射线衍射(XRD)和拉曼光谱进一步证实碳点具有高度石墨化结晶结构，sp²
杂化碳域为其提供了稳定的荧光发射基础。

表面化学性质
FTIR和XPS分析揭示了碳点表面富含羟基(-OH)、羧基(-COOH)和氨基(-NH₂
)等亲水官能团，这既保证了材料优异的水溶性，又为后续功能化修饰提供了活性位点。值得注意的是，这些表面基团在分子运动受限时会显著影响发光行为。

AIE机制解析
通过设计溶剂极性梯度实验发现，当水含量增至90%时，碳点荧光强度提升3.8倍，呈现典型AIE特征。结合粘度效应实验，研究人员提出AIE机制源于：聚集态下表面羧基等基团运动受限，有效抑制了非辐射跃迁通道；同时分子间π-π相互作用形成的刚性结构进一步降低了能量耗散。这种"双管齐下"的发光增强机制为设计新型AIE材料提供了理论指导。

应用验证
在潜指纹识别方面，碳点水溶液能通过简单浸泡法在多种基底上实现三级指纹特征的清晰显现，其高对比度成像效果远超传统茚三酮法。在信息加密领域，利用碳点与聚乙烯醇(PVA)制备的复合薄膜可实现多重防伪图案的荧光切换，通过溶剂刺激响应构建了动态加密系统。

结论与展望
该研究通过绿色、低成本的溶剂热法，将普通绿茶转化为具有AIE特性的多功能碳点，解决了传统碳点在固态应用中的荧光猝灭难题。其创新性体现在三个方面：原料选择上实现了生物质碳源的直接转化，避免了有毒试剂的引入；发光机制上阐明了表面基团运动受限与AIE效应的构效关系；应用拓展上开发了潜指纹识别和信息加密的新策略。这项工作不仅为AIE碳点的规模化制备提供了范例，更推动了纳米荧光材料在公共安全、防伪加密等领域的实用化进程。未来研究可进一步探索碳点表面基团的精准调控，以及与其他智能响应材料的复合设计，以拓展其在生物传感、光电器件等领域的应用深度。