近日，我校木本油料资源利用全国重点实验室陈志俊教授团队，在纤维素与木质素光热回收磷光材料的便捷生产研究中取得关键进展。相关成果以“Convenient production of photothermal recycling phosphorescent materials from cellulose and lignin”为题，成功发表于国际顶尖期刊Angewandte Chemie International Edition，为生物质基功能材料的可持续发展与实际应用提供了全新思路。
有机室温磷光材料凭借其在柔性光电子器件、高端防伪技术、生物成像及智能传感器等领域的广阔应用前景，近年来备受科研界关注。实现有机体系下的RTP效应，核心依赖两大关键条件：一是通过高效的系间窜越（ISC）过程，将激子从单重态填充至三重态；二是有效抑制非辐射衰变路径，确保三重态激子能够顺利实现辐射跃迁。
目前，有机RTP材料已被开发为液体基质、自支撑薄膜、微晶粉末、多孔气凝胶、刺激响应水凝胶及机械坚固结构材料等多种功能形态，展现出极强的应用适应性。其中，RTP薄膜因在电子显示、防伪标识等领域的核心应用价值，成为研究热点。然而，现有RTP薄膜大多依赖石油基聚合物或稀土元素制备，不仅面临可持续性差、生产成本高的问题，还存在严重的环境影响隐患，极大限制了其规模化应用。
为突破这一困境，科研人员将目光转向纤维素、半纤维素、木质素及天然酚类等生物质资源。这类资源具有储量丰富、可再生的显著优势，是替代石油基原料的理想选择。其中，纤维素与木质素因价格低廉、结构特性优异，成为制备生物质基RTP材料的核心候选原料。但长期以来，生物基RTP薄膜的传统制备工艺存在明显短板：一方面，过程中需使用有毒或昂贵试剂，且处理流程耗时耗能，难以实现规模化生产；另一方面，作为提升材料可持续性的关键指标——可回收性，尚未被有效整合到生物基RTP薄膜的设计与制备中，进一步制约了其产业化进程。
针对上述问题，陈志俊教授团队提出了一种基于纤维素与木质素超快自组装的变革性方法，成功开发出可光热回收的RTP薄膜（命名为“Cell-Lig”），其制备原理如图1所示。该方法的核心创新在于：将纤维素溶解于定制的离子液体（IL）体系中，同时引入木质素作为磷光体，在乙醇辅助的固化过程中，体系可迅速形成刚性氢键网络。这种特殊的组装结构能有效固定木质素中的芳香团簇，不仅显著抑制非辐射跃迁，还成功激活了长寿命的RTP发射。更值得关注的是，Cell-Lig薄膜展现出独特的光热诱导液化特性：在外界光热刺激下，薄膜可发生固-液相变；而当重新引入乙醇后，液化的材料能快速恢复为固态薄膜，且其RTP性能不受影响，实现了材料的可逆循环利用。
图1. Cell-Lig的制备示意图：展示了以纤维素和木质素为原料，通过离子液体溶解、乙醇辅助固化制备RTP Cell-Lig薄膜的完整流程
研究实现超快速制备可回收RTP薄膜，兼顾高效与环保：使用离子液体（[Bmim]Cl）溶解纤维素和木质素，通过乙醇诱导体系发生相变，仅需1秒即可完成从溶液到固态薄膜的转变。乙醇的加入增强了分子间氢键和相互作用力，形成刚性结构，有效抑制非辐射衰减（图2）。该制备过程无需高温高压条件，且所用离子液体可回收复用，乙醇绿色环保，有效解决了传统工艺有毒试剂污染、高能耗的问题，为规模化生产奠定了基础。
研究实现光热响应可逆循环，6次循环性能稳定：木质素的引入为Cell-Lig薄膜赋予了优异的光热转换能力。在模拟太阳辐射（200 mW・cm⁻²）条件下，薄膜可快速吸收光能并转化为热能，触发固-液相变（即“光热液化”）；而当重新添加乙醇时，液化材料能迅速恢复为固态薄膜。经过6次“光热液化-乙醇固化”循环后，Cell-Lig薄膜的RTP寿命、强度等关键性能指标无明显衰减，展现出卓越的循环稳定性。这一特性不仅大幅延长了材料的使用寿命，还降低了资源浪费，进一步提升了其可持续性。
研究实现性能可调控，多功能应用展示：Cell-Lig薄膜的RTP性能可通过多参数调控实现优化。调整薄膜厚度、环境温度或木质素浓度，均可调控磷光寿命与发光强度，满足不同应用场景的需求。此外，通过引入罗丹明B实现能量转移，Cell-Lig薄膜可分别呈现绿色或红色余辉，进一步拓展了其光学性能。基于这些特性，团队成功应用于木材表面改性、陶瓷文物可移除涂层、药物防伪标签等实际场景，展示了多样的应用前景。
图2: Cell-Lig膜的基本物理性能。a）外观数码照片，比例尺=10mm。b）引入乙醇之前（左）和之后（右）纤维素和木质素混合物之间相互作用的理论计算。c）Cell-Lig和前驱体溶液的XRD。d）Cell和Cell-Lig的拉伸应力（图像：Cell和Cell-Lig的SEM）。e）模拟太阳辐射（200 mW cm−2）下Cell-Lig的温度变化。f）模拟太阳辐射（200 mW cm-2）和引入乙醇后的Cell-Lig外观，比例尺=10 mm。g）不同体积乙醇诱导的Cell-Lig厚度。
图3 RTP的性能和机制。a）Cell-Lig在300nm激发下的荧光和磷光光谱（测量条件：室温，延迟时间=10ms）。b）不同厚度的Cell-Lig的磷光寿命。c）不同温度下Cell-Lig的磷光寿命。d）具有不同光热恢复时间的Cell-Lig的RTP寿命。e）Cell-Lig/RhB的快速和延迟发射光谱。f）Cell和Cell-Lig的磷光强度和寿命。
图4 处理和应用。a）和b）Cell-Lig在亮场、紫外线照射和关闭紫外线光源后的数码照片，比例尺=14 mm。c）Cell-Lig/RhB在亮场、紫外线照射和关闭紫外线光源后的数码照片，比例尺=14mm。d）Wood@Cell-Lig在明亮的视野中，在紫外线照射和关闭紫外线光源后，比例尺=20mm。e）陶瓷的数码照片artwork@Cell-Lig在亮场中去除Cell-Lig之前和之后，在UV照射时和关闭UV光源后，比例尺=20 mm。f）在UV照射和关闭UV光源后，由Cell-Lig制成的智能标签在明场中的数码照片，比例尺=10mm。g）显示使用定制设备制备RTP光纤的示意图。h）在亮场、紫外线照射和关闭紫外线光源后，由Cell-Lig和Cell-Lig/RhB制成的纤维和刺绣的数码照片，比例尺=10mm。
综上，陈志俊教授团队以天然纤维素与木质素为原料，借助离子液体溶解与乙醇辅助固化技术，成功开发出具有超快制备（1秒）、光热可回收、性能可调三大核心优势的Cell-Lig RTP薄膜。未来，Cell-Lig薄膜有望成为先进光学材料规模化生产的可持续平台，尤其在智能包装、柔性电子等领域，将为行业发展注入新动力。
文章信息：
Ruixia Liu, Shujun Li, Shouxin Liu, Jian Li, Zhijun Chen*, Tony D. James.Convenient Production of Photothermal Recycling Phosphorescent Materials from Cellulose and Lignin. Angew Chem Int Ed Engl.e202513113 (2025).
https://doi.org/10.1002/anie.202513113
