多功能PVA@CDs复合薄膜，适用于智能包装领域，具备实时Cu2+监测功能及紫外线防护性能

《Journal of Alloys and Compounds Communications》：Versatile PVA@CDs composite films for smart packaging with real-time Cu2+ monitoring and UV shielding applications

　　碳点（CDs）通过一步水热法利用Polyalthia longifolia根合成，具有4.86 nm平均尺寸、505 nm荧光发射和31.25%量子产率，对Cu2?高选择性淬灭（检测限67.9 nM）。PVA@CDs复合膜展现优异抗菌性（抑制S aureus和E coli等）、UV屏蔽性（UV-A/B/C屏蔽率94.75%-99.55%）及食品保鲜效果（延长苹果货架期至12天），并开发智能手机检测平台及柔性防伪标签。

　　本研究探讨了一种利用天然植物材料合成碳点（CDs）的新方法，并将其应用于多功能复合材料薄膜中，以满足传感、食品保鲜和防伪等多方面的需求。碳点因其独特的光学性质、良好的生物相容性和环境友好性，近年来在材料科学领域引起了广泛关注。本文通过将碳点与聚乙烯醇（PVA）复合，制备出具有优异性能的新型薄膜材料，展示了其在多个应用领域的潜力。

碳点通常由有机分子通过自下而上或自上而下的方法合成，其中自上而下的方法因其简便性、环境友好性和高分散性而更受青睐。在本研究中，碳点的合成采用了简便的一步水热法，利用了植物根部作为碳源。具体而言，选择了一种名为 *Polyalthia longifolia* 的植物根部作为原料，因其富含碳含量高的次级代谢产物，如黄酮类、二萜类和苯基吡喃类化合物。这些生物活性成分不仅为水热法提供了优良的碳源，还增强了碳点的功能化，使其在荧光性能、稳定性和生物相容性方面表现出色。

研究中采用透射电子显微镜（TEM）对碳点的形貌和粒径分布进行了分析，结果显示碳点的平均粒径约为4.86纳米，粒径范围在3.5至6纳米之间。此外，高分辨率TEM图像进一步揭示了碳点的晶格条纹，其晶面间距为0.23纳米，对应于石墨碳的（100）晶面，表明碳点具有一定的石墨化结构。通过能量色散光谱（EDS）分析，确认了碳点中含有氮、氧和碳元素，这为后续的性能评估提供了依据。

在传感应用方面，研究重点考察了碳点对铜离子（Cu2?）的检测能力。通过将不同金属离子（如Hg2?、Fe3?、Ba2?、Pb2?、Cr3?、Fe2?、Ca2?、Cd2?、Mg2?、Co2?、Mn2?、Zn2?和Ni2?）加入碳点溶液中，观察其荧光强度的变化。结果表明，碳点在存在Cu2?时表现出显著的荧光猝灭现象，而其他金属离子对荧光强度的影响较小，从而验证了碳点对Cu2?的高度选择性。这种选择性使得碳点成为一种理想的传感材料，特别是在需要快速和准确检测Cu2?的食品和环境样品中。

为了进一步提升检测性能，研究还开发了一种便携式智能手机传感平台，用于快速检测Cu2?。该平台基于碳点薄膜的荧光猝灭现象，通过分析RGB值与离子浓度之间的关系，实现了从1到60微摩尔的检测范围，并达到了78纳摩尔的检测限。智能手机平台的引入不仅降低了检测成本，还提高了检测的便捷性和准确性，为实际应用提供了有力支持。

在食品保鲜方面，研究重点考察了碳点复合薄膜对新鲜切片苹果的保鲜效果。通过将碳点加入PVA中，采用溶剂浇铸法制备出PVA@CDs复合薄膜。结果显示，这种复合薄膜在抑制酶促褐变和减少重量损失方面表现出显著效果，使得苹果的保质期延长至12天。这表明碳点复合材料在食品包装领域具有广阔的应用前景，特别是在需要主动保鲜的食品包装中。

此外，碳点还被用于防伪标签的制备。研究中展示了如何将碳点应用于多种基材上，以形成具有独特光学编码能力的防伪标签。与传统的光致发光油墨相比，碳点具有更高的稳定性和环境友好性，使其成为一种理想的防伪材料。特别是在货币、信用卡和护照等高安全需求的领域，碳点复合薄膜表现出良好的柔韧性和透明性，能够作为耐用的防伪标签使用。

碳点及其复合材料在多个方面展现了优异的性能。一方面，其独特的光学特性使其成为一种高效的传感材料，能够用于检测环境和食品样品中的Cu2?等重金属离子。另一方面，其优异的紫外线屏蔽能力和抗菌性能，使其在食品包装领域具有重要价值。此外，碳点的抗氧化性能也使其成为一种天然的食品添加剂，有助于延长食品的保质期。

综上所述，本研究通过一步水热法合成碳点，并将其与PVA复合，制备出具有多种功能的新型复合材料薄膜。这些薄膜不仅在传感、食品保鲜和防伪方面表现出色，还为可持续材料的发展提供了新的思路。未来，随着对多功能材料需求的不断增加，碳点及其复合材料将在更多领域发挥重要作用，推动相关技术的进步和应用的拓展。