综述：自然启发的室温磷光材料：设计、机制与多功能应用

本综述系统探讨了以天然分子为基元的室温磷光（RTP）材料的设计策略、发光机制及应用前景，重点分析了生物质衍生物通过氢键网络、异原子掺杂（如N、S）及π-π堆积等策略调控激子动力学（如促进系间窜越（ISC）、抑制非辐射跃迁），并展望了其在生物成像、信息加密及环境传感等领域的可持续应用价值。

　　

室温磷光机制

室温磷光（RTP）是一种具有长寿命发射、大斯托克斯位移及激发后持续发光特性的光物理现象。其发光过程遵循Jablonski能级图模型：处于基态（S₀）的电子吸收能量后跃迁至激发单重态（S_n），经内转换（IC）弛豫至最低激发单重态（S₁）。通过系间窜越（ISC）过程，电子可转移至三重态（T_n），最终通过磷光辐射返回基态。该过程受自旋轨道耦合（SOC）强度、单重态-三重态能级差（ΔE_ST）及非辐射跃迁速率共同调控。有机体系中，由于SOC较弱且三重态易被氧气淬灭，实现高效RTP需同时满足ISC促进与激子稳定化两大条件。

天然RTP发光体的设计与增强策略

基于生物质来源的RTP材料可分为三类：碳水化合物衍生物（如纤维素、壳聚糖）、酚类聚合物（如木质素、单宁酸）及蛋白质基材料（如明胶、丝素蛋白）。这些材料通过以下机制增强RTP：

1. 1.

   刚性基质限制：生物质中丰富的羟基/氨基形成氢键网络，抑制分子振动与旋转，减少非辐射衰减；

2. 2.

   异原子掺杂：氮、硫等原子引入可增强SOC效应，促进ISC过程；

3. 3.

   能级调控：n-π*跃迁的引入降低ΔE_ST，稳定三重态激子；

4. 4.

   能量转移：生物质骨架作为能量给体/受体，通过F?rster共振能量转移（FRET）敏化磷光发射。

   例如，木质素-硼酸复合物通过B-O配位键构建刚性环境，实现长达1.2秒的绿色RTP；纤维素晶须与碳点的复合体系则通过表面官能团键合实现蓝光发射的可控调节。

多功能应用前景

1. 1.

   生物成像：低毒性RTP材料（如明胶碳点）适用于细胞长时间追踪，其长寿命特性可消除自发荧光干扰；

2. 2.

   信息加密：基于时间分辨发光特性，构建多级防伪标签，如紫外光激发后的延迟发光图案；

3. 3.

   环境传感：磷光强度对氧气、pH及金属离子（如Hg²⁺）敏感，可用于实时监测环境污染；

4. 4.

   光电器件：与聚合物复合制备柔性发光薄膜，用于OLED或应力响应型传感器。

挑战与展望

当前生物质RTP材料仍面临发光效率低、色纯度不足及大规模制备工艺不成熟等问题。未来需聚焦于：①解析天然分子结构与发光性能的构效关系；②开发原位表征技术追踪激子动力学过程；③构建标准化生物质原料数据库以推动产业化应用。通过跨学科合作，可持续RTP材料有望在绿色能源与生物医学领域实现突破性进展。