本文由Wei-ming Yin、Ben Dang、Sitong Guo等来自中国东北林业大学和美国巴斯大学（University of Bath）的研究团队共同完成，于2025年8月26日发表在《Nature Communications》期刊（卷16，文章编号7978），题为《Up-recycling of Waste Wood into Value-added Room Temperature Phosphorescent Materials》。研究通过创新方法将废弃木材升级转化为具有室温磷光（Room Temperature Phosphorescence, RTP）性能的功能材料，为资源循环利用和可持续材料开发提供了新思路。
木材作为可再生天然结构材料，广泛应用于建筑和家具领域，但废弃木材的回收率仅为17%，大部分通过焚烧或填埋处理，导致资源浪费和碳排放问题。近年研究发现，木材中的木质素（lignin）在细胞壁限域环境下可产生微弱RTP发射（寿命约数十毫秒），但受限于短寿命和低效率，难以实际应用。以往提升木材RTP的策略包括：1）引入外部重原子促进木质素的系间窜跃（Intersystem Crossing, ISC）；2）通过刚性基质抑制三重态激子的非辐射衰变。然而，这些方法依赖弱相互作用（如氢键），易受环境湿度或化学试剂影响而失效。针对废弃木材成分复杂的特点，本研究提出利用三聚氰胺-甲醛树脂（Melamine-Formaldehyde Resin, MF）的刚性网络和化学反应活性，通过共价/非共价双重作用增强木材RTP性能，并实现废弃木材的高附加值回收。
研究分为四个关键实验阶段：
1. 材料制备与表征
- 木材@MF复合物（wood@MF）的合成：将天然木材浸泡于MF树脂前驱体溶液（由三聚氰胺、多聚甲醛和三乙醇胺合成），在1.0 MPa真空下渗透8小时，随后105℃热固化2小时。通过扫描电镜（SEM）确认MF树脂完全填充木材多孔结构。
- 对照组设置：制备未添加木材的纯MF树脂、物理混合木材与固化MF的wood-MF、以及分别去除木质素的脱木素木材@MF（d-wood@MF）和纯木质素@MF（lig@MF），用于机制解析。
2. 光学性能测试
- 光谱分析：wood@MF在365 nm紫外光激发下显示440 nm荧光发射和双峰RTP发射（500 nm与530 nm），寿命分别为358.3 ms和352.1 ms，显著高于天然木材（17.7 ms）和纯MF树脂。时间分辨光谱证实其室温磷光持续达1000 ms。
- 温度依赖性实验：随温度升高，RTP强度与寿命降低，排除热激活延迟荧光（TADF）机制。理论计算单重态-三重态能隙（ΔE_ST）为0.34–0.47 eV，高于TADF发生的阈值（0.3 eV）。
3. 废弃木材转化（r-wood@MF）
- 废弃物处理：将废旧板材（指接板、胶合板等）粉碎为30–150目粉末，与MF树脂混合后热固化。所得r-wood@MF的RTP寿命达332.5 ms（530 nm），且在不同溶剂（水、有机溶剂）中保持稳定（水中浸泡36小时后寿命仍为196.0 ms）。
- 成本分析：制备成本低至0.9美元/千克，优于同类可持续RTP材料。
4. 机制解析
- 共价键形成：FT-IR和XPS证实木材与MF通过醚键（C-O-C）共价连接（wood@MF中醚键占比20.5%，wood-MF中仅10.8%）。
- 非共价相互作用：独立梯度模型（IGM）显示纤维素与MF的相互作用能（-47.1 kcal/mol）远超纤维素-木质素相互作用（-22.2 kcal/mol），表明MF通过刚性网络限制发色团振动，促进RTP发射。
研究发现，wood@MF的双峰RTP源于两大组分：500 nm发射来自半纤维素（holocellulose）-MF复合物，530 nm发射来自木质素-MF复合物。通过共价醚键和强非共价作用的协同效应，MF树脂显著提升了木材组分的RTP性能。基于此，团队成功将废弃木材转化为高性能RTP材料（r-wood@MF），并展示了其应用潜力：
1. 防伪胶粘剂：修复的瓷器在紫外光关闭后显示绿色余辉，用于真伪识别；
2. 光学薄膜：与环氧树脂复合制成柔性薄膜，可用于动态光路追踪（响应时间0.5秒）和药品防伪标签；
3. 3D成型与泡沫材料：利用MF的热固性加工成复杂形状或轻质多孔泡沫，适用于照明器件和大规模包装。
本研究不仅揭示了木材组分与MF树脂的相互作用机制，也为生物质资源的绿色升级提供了普适性策略。