8月26日，材料科学与工程学院周玉院士团队李保强教授在碳点（CDs）精准合成与荧光机制调控领域取得突破性进展。研究成果以《基于自由基共聚同步水热碳化合成有机膦基团调控相反的荧光调控并协同增强碳点的铜离子亲和力》（Organophosphorus moieties govern opposite fluorescence modulation and synergistically enhance copper(ii) affinity of precursor-derived carbon dots）为题发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。研究团队开发了一种基于“组合前驱体”精准合成碳点策略，在国际上首次从“分子基团”层面清晰阐明了有机膦基团对碳点荧光与离子亲和性能的调控规律。该方法从根本上打破了传统杂原子掺杂面临的“盲目试错”困境，为合理设计具有精准荧光和金属离子亲和力的碳纳米结构提供了新的科学手段。

杂原子（如磷）掺杂被广泛用于调节碳点的光学性能。然而，现有研究大多停留在元素视角，将性能变化简单归因于磷原子的引入，忽略了前驱体化学结构的具体影响。导致即使在相同条件下处理不同结构的磷前驱体，产生的碳点光学行为也会呈现出从荧光增强到减弱的完全相反结果。如何理清特定化学基团对碳点的荧光与金属离子亲和力性能影响，突破传统的“盲盒”试错模式，实现碳点的精准合成，成为亟待解决的重要科学问题。

针对上述问题，研究团队提出了一种基于“组合前驱体”精准合成碳点策略。不同于传统的宏观杂原子掺杂，以含有三苯基膦基团或苯基膦酸基团的单体为前驱体，通过自由基共聚同步水热碳化技术精准合成了8种前驱体衍生碳点，从而能够在复杂的碳骨架中，清晰地剥离并剖析不同有机膦微环境的调控作用。

前驱体衍射碳点的合成、荧光性能调控及协同增强Cu2+亲和力示意图

研究团队从分子基团层面剖析了碳点的发光机制，发现这两种有机膦基团对碳点的荧光特性呈相反的调控能力。三苯基膦基团使碳点的绝对量子产率提高了1.57倍。而苯膦酸基团则使绝对量子产率衰减了16.71%。体积庞大的三苯基膦基团（TPP）能够使碳骨架刚性化，限制分子内运动，从而激活交联增强发射（CEE）效应。相反，具有吸电子能力的苯膦酸基团（PA）则引入了非辐射的电子陷阱态，导致发光减弱。在金属离子亲和力方面，当三苯基膦基团和苯基膦酸同时存在时，二者通过TPP的空间稳定作用和PA氧供体螯合之间的协同作用，使碳点对铜离子（Cu2+）展现出超强的配位亲和力（K = 2.92 × 107 M-1）。在复杂的细胞内微环境中，碳点依然能呈现铜离子亲和力。这项突破性研究明确了有机膦基团调控碳点性能的分子机制，为碳点的理性设计与可控合成提供了新的方法学支撑，也为环境监测、生物成像等领域的应用拓展了思路。

里番 为论文第一完成单位，材料科学与工程学院李保强教授为通讯作者，博士生李香丽为第一作者。研究得到我校周玉院士、贾德昌教授的支持，并获得国家自然科学基金委、黑龙江省重点研发计划、我校城市水资源与水环境全国重点实验室项目及俄罗斯联邦科学与高等教育部等项目资助。

//onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.1790590