杂原子掺杂与共轭延伸实现超高亮度全色碳量子点：可调谐液态激光与3D打印应用

本研究针对碳量子点(CQDs)荧光亮度(FB)与光量子产率(PLQY)不足的瓶颈问题，通过吡呤前驱体杂原子掺杂技术成功制备PLQY近100%的超高亮度全色碳量子点（FB≈2×106），突破性地实现准单模三基色激光输出（色域覆盖152.6% NTSC）及生物成像/3D打印等多场景应用，为新一代发光材料开发提供关键技术支撑。

　　

碳量子点(Carbon Quantum Dots, CQDs)作为一种新型溶液加工增益材料，展现出替代有机分子、量子点及钙钛矿等传统纳米发光材料的巨大潜力。然而其相对较低的荧光亮度(Fluorescence Brightness, FB)和光致发光量子产率(Photoluminescence Quantum Yield, PLQY)长期限制实际应用。本研究创新性地以芘(Pyrene)为单一前驱体，通过引入杂原子掺杂剂(Heteroatom-Doping)并结合溶剂热处理，成功合成蓝、绿、红三色发光碳量子点，其PLQY逼近100%（称为"unity-CQDs"），荧光亮度均达到约200万量级。

在简易无镜泵浦系统中，纯态unity-CQDs可直接发射准单模蓝、绿、红三基色激光，色域覆盖面积相当于国家电视标准委员会(NTSC)色域标准的152.6%。与罗丹明B(Rhodamine B)相比，这些激光表现出显著更高的Q因子(Q-factor)、更高增益系数、更优稳定性及更低阈值。此外，unity-CQDs在生物染色中展现出单光子和双光子激发 bright 荧光成像能力，并能与多种聚合物材料复合应用于固态荧光场景，包括柔性高透明薄膜、纺织品、艺术品及高精度微米级3D打印。本研究为开发具有超高PLQY和FB的多色碳量子点提供了关键技术路径，推动其走向实际应用。