近日，鄭州大學物理學院材料物理研究所在發光碳點的壽命調控及其在時分雙路加密方面的應用取得進展，相關結果以題為“Lifetime-Engineered Carbon Nanodots for Time Division Duplexing”的論文，發表于國際知名期刊《Advanced Science》上。論文第一作者為物理學院博士研究生梁亞川，通訊作者為物理學院青年教師劉凱凱博士，單崇新教授以及大連化物所隋來志博士。

光學多路復用技術在數據存儲，信息加密，防偽，時間分辨生物成像等領域中發揮了重要作用。已報道的通過控制發光顏色/強度來實現多路復用的方法會產生光譜重疊。相比之下，將時間信道用作劃分對象，通過分配不重疊時間段的多個信道來實現的復用具有巨大潛力。熒光碳納米點（CNDs）作為碳材料家族成員，具有發光效率高、壽命可調諧、環境友好等優點，是可用于光學多路復用的理想候選材料。因此，基于CNDs的時分多路復用技術有望能夠實現時空重疊信息分離，用于先進信息加密領域。

在這項工作中利用二氧化硅的限域與保護的作用，通過水的調控可以實現對碳納米點（CNDs@silica）壽命的調控。在二氧化硅的限域和保護作用，碳點發光壽命遇水后仍然維持在秒級別，而沒有保護的碳點在遇水后發光壽命下降到納秒級別。經過分析，發現水調控CNDs發光壽命的主要機制在于CNDs的三重態激子與水溶液中的三重態氧之間的電子轉移將產生單線態氧，從而淬滅其磷光發射；而CNDs@silica上的二氧化硅可以阻止水三重態氧與CND三重態激子之間的電子轉移，從而維持其磷光發射。為了實現時分多路復用，同一空間中指定CNDs和CNDs@silica為通道1和通道2并作為墨水打印。在干燥條件下，兩個通道均顯示藍色熒光和綠色磷光。經水處理后，CNDs的長壽命磷光將被淬滅，只能檢測到壽命為6 ns的熒光發射。對于CNDs@silica（通道2），即使水處理過后，它仍然顯示藍色熒光和綠色磷光，發射壽命仍在秒量級。基于以上發光壽命調控實現了時分多路復用，并展示了其在信息加密領域的應用前景。

該工作得到了國家自然科學基金、中國博士后等項目的資助。

全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202003433