浙江农林大学理学院师生研发石墨烯量子点荧光开关取得新进展

近日，浙江农林大学理学院生物物理学专业18级研究生李杰和光学工程专业19级王中腾，在徐晶教授和陈亮教授的共同指导下，以第一作者在《应用表面科学》（Applied Surface Science, IF=6.182, TOP期刊）上发表题为《石墨烯量子点的“开-关-开”荧光开关：阳离子控制策略》 （“On-off-on” fluorescence switch of graphene quantum dots: A cationic control strategy）的研究论文。

随着科学技术的不断发展与进步，人们对信息、显示和传感等各类器件的要求越来越高，包括多功能、小型化、高性能化、智能化和健康监测等。石墨烯量子点（GQDs）是一类新型的荧光纳米碳材料，具有低毒性、光致发光可调控、光稳定性好、制备成本低廉等特点，已经成为极具潜力的新一代生物传感平台。近些年，大量基于GQDs的发光传感器被开发出来，其中最普遍的光学检测技术之一—荧光探针检测。通过控制荧光的开或关，来检测在生物系统或环境过程中发挥重要作用的许多金属离子和生物分子。因此，探索各种有效和选择性的荧光开关组合一直引起广泛的实验和理论关注。

在这项工作中，首次提出了一种新的阳离子控制策略，设计一种仅仅使用离子实现荧光 “开-关-开”控制的新颖方法,即GQDs-Cu²⁺/Fe³⁺/Cr³⁺-Al³⁺/Ga³⁺/In³⁺。在这个荧光开关的组合中，GQDs的荧光通过Fe³⁺，Cu²⁺和Cr³⁺猝灭，起到“关”的作用，随后由三种第三主族离子Al³⁺，Ga³⁺和In³⁺恢复荧光，实现再次“开”。与原始GQDs相比，荧光再次复亮的恢复率可以达到0.81。结合XPS检测结果和量子化学计算表明，阳离子引起的π共轭区变化是导致荧光猝灭和恢复的主要原因。此外，基于这种“开-关-开”机制，还提出了一种用于信息加密的防伪隐形墨水。该工作对未来的开发荧光开关、金属离子检测、信息加密研究具有一定的指导作用，且具有潜在的应用前景。

该工作得到了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委、浙江农林大学校科研发展基金，上海同步辐射光源BL01B线站的资助和支持。