近日，化工学院在国际知名学术期刊《Chemical Engineering Journal》(IF=13.4，中科院一区TOP)上发表了最新研究成果，标题为“Top-down approach for easy processing, cost-effective, biodegradable chiral photonic materials with spontaneous circularly polarized room-temperature phosphorescence activity”。本研究的第一作者为我校2023级硕士研究生王浩，张福生博士和卿光焱教授为共同通讯作者，武汉纺织大学化学与化工学院为第一通讯单位。
圆偏振室温磷光（CPRTP）作为一个新兴领域，在裸眼3D显示、圆偏振电子设备、生物手性成像、防伪以及光学数据存储等多个前沿应用中展现出巨大潜力。尽管通过多种复合策略在CPRTP材料的开发上已取得显著进展，例如将非手性磷光体限制在手性环境中、将手性磷光体限制在非手性环境中，以及构建螺旋双层复合薄膜，但这些策略均基于“自下而上”的方法，发展过程中依然面临诸多挑战。这些挑战包括复杂的合成方案、有限的可用材料范围、高昂的成本、能量损耗大、老化速率不一致以及材料的持续稳定性问题。这些障碍凸显了对直接源自发光体的创新一体化CPRTP系统的迫切需求，该系统需在性能、加工简易性、可持续性和成本效益之间实现平衡。
图1 源自海产品生物废弃物的CPRTP发射薄膜制备示意图
图2 CNSF的CPRTP发射特性
本研究提出了一种新颖的“自上而下”方法，通过精心设计的脱蛋白、脱矿物质和脱乙酰化过程，将海洋生物废料直接转化为高效的右旋CPRTP发射薄膜（图1）。由此制备的壳聚糖纳米结构薄膜（CNSF）呈现出左手性向列结构，以及增强的分子链刚性。这些薄膜展现出卓越的CPRTP发射特性，发光不对称因子gRTP值高达−0.34，磷光寿命（τPhos）达到331毫秒，量子产率（ΦPhos）达到7.23%（图2）。基于壳聚糖的体系性能显著超越已报道的“自下而上”的生物基方法，包括纳米纤维素与发光体的共组装。
该系统以其出色的柔韧性、卓越的生物降解性、令人满意的结构稳定性、多模态光学特性以及对环境刺激的响应性而值得关注。这一创新的“自上而下”加工策略，利用了多种几丁质衍生资源，包括螃蟹壳、龙虾壳和黑虎虾壳等材料，展示了光子CPRTP壳聚糖膜的广泛适用性（图3）。在概念验证演示中，进一步展现了该材料的多功能性，使其成为兼具湿度指示和防伪功能的双用途CPRTP标签（图4）。这一创新不仅可以作为手性光学标签用于安全认证，增强防伪措施，同时还可以作为干燥剂指示剂，确保对湿度敏感的电子设备正常运行。此项研究成果显著推动了可持续CPRTP材料的设计与多样性的进一步发展。
图3 CNSF的综合表征以及不同来源甲壳素的CPRTP行为
图4 CNSF作为双功能指示的综合表征
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160357
