近日，东华大学黄中杰教授团队在碳纳米管量子缺陷领域取得重要突破，相关成果以 “Instant Synthesis of Quantum Defects Using Feasible Chemistry WithDistinctive Spectral Fingerprints” 为题，发表于国际材料领域顶刊AdvancedFunctional Materials（简称 AFM，最新影响因子≈19）。

研究中规模化样品的线扫描光谱等关键荧光表征，由苏州惟光探真 FST900 全功能显微稳态/瞬态荧光光谱成像系统完成，为近红外量子光源的低成本量产提供关键支撑。

图1｜论文发表于《AdvancedFunctional Materials》

一、研究背景

单壁碳纳米管（SWCNTs）sp³ 量子缺陷是极具潜力的近红外单光子量子光源，可应用于量子通信、生物成像、光学传感等领域。传统制备方法依赖强酸、有毒试剂，需光照 / 加热等外场刺激，反应耗时长达数小时至数天，存在能耗高、缺陷分布不均、重复性差、难以规模化量产等问题，严重限制实际应用。亟需开发温和、快速、可视化、可量产的量子缺陷合成与精准表征方案。

二、材料体系

以多手性单壁碳纳米管（(6,4)、(6,5)、(7,3)、(7,5) 等）为基底，以亚铁氰化钾为温和还原剂、芳基重氮盐为缺陷源，构建可规模化制备的 sp³ 量子缺陷修饰 SWCNTs 体系；兼容碳管分散液与商用粉体原料，最终制备石英基底负载的均匀碳纳米管薄膜。

三、核心机制与关键结论

核心创新机制：

以亚铁氰化钾为温和还原剂，快速还原芳基重氮盐生成芳基自由基，常温 4 分钟内在碳纳米管上共价引入 sp³ 量子缺陷；

同时伴随亚铁氰化物→铁氰化物的颜色与光谱变化，结合缺陷近红外荧光，实现双重光谱指纹实时监测。

关键结论（惟光探真 FST900 核心验证）：

1.      超快合成：常温常压下4 分钟内即可完成量子缺陷合成，远快于传统工艺；

2.      规模化均一：经 FST900 表征，250 μm 线扫描 5 个点位发光光谱高度一致，证明大批量制备的缺陷空间分布均一、批次稳定性优异（见下图2）；

图 2｜FST900 测得：250 μm 线扫描PL，5 个测试点光谱完全重合

3.      普适性强：合成方法普适多种手性碳纳米管，产物荧光稳定性强，可进一步手性分选与生物相容性改性。

4.      荧光量子产率翻倍：缺陷修饰后 SWCNTs 的光致发光量子产率（PLQY）从 3.17% 提升至 7.57%，性能翻倍，为高效近红外光源提供保障（见下图3）；

图3｜论文原文截图：缺陷修饰后 PLQY 从 3.17% 提升至7.57%

5.      可产业化：兼容分散液与商用粉体，可直接放大量产。

四、研究意义与应用前景

本工作建立了温和、超快、可规模化、可实时监测的碳纳米管量子缺陷合成新范式，突破传统制备瓶颈，推动低成本、可扩展型近红外量子光源开发；在量子通信加密、近红外二区生物成像、化学 / 生物传感、可穿戴光电器件领域具备重要应用价值。

五、实验平台&配置推荐:

本研究规模化样品发光均匀性的核心荧光表征，由苏州惟光探真 FST900 全功能显微稳态/瞬态荧光光谱成像系统完成，测试数据发表于期刊 Figure 4d；设备可实现微米级空间分辨、近红外二区宽谱探测、线扫描/面扫描成像、稳态‑瞬态一体化测试，适配碳纳米管、二维材料、稀土发光材料等前沿低维材料精准表征，为国产高端光谱仪器赋能高水平科研提供有力支撑。

文中缺陷修饰型单壁碳纳米管薄膜的近红外显微荧光线扫描及发光均匀性测试，采用的是惟光探真旗下的 FST900 全功能显微稳态/瞬态荧光光谱成像系统。该设备可用于研究碳纳米管、二维材料、稀土发光材料等体系的稳态近红外荧光、微区光谱成像及发光均匀性特性。

下图为东华大学黄中杰教授团队使用的荧光光谱仪及相关设备，主要用于碳纳米管量子缺陷、低维纳米材料的研究。

图4 |东华大学团队使用的 FST900 显微荧光光谱成像系统