四川农业大学理学院“特色药用植物种质资源创新与利用”团队在农业光转换纳米材料领域取得重要进展，成功研发出硅烷交联红/蓝双发射碳量子点/聚乙烯醇多功能自清洁农业薄膜，相关成果以“Carbon-Core/Molecular-State-Regulated Red/Blue Dual-Emission Carbon Quantum Dots Covalently Anchored on Polyvinyl Alcohol for Multifunctional Agricultural Films in Greenhouse Potato Production”为题，发表于高分子领域国际期刊《Polymers》，为新一代智能温室覆盖材料提供了核心分子设计原理。
针对传统农用薄膜光谱匹配度低、紫外老化快、积尘致透光率下降三大行业瓶颈，以及碳点共混薄膜能量转移失控、组分易迁移，聚乙烯醇(PVA)基体耐水性差、碳点易渗漏等技术难题，团队提出“结构分区”设计策略，通过两步水热法合成精准结构的红/蓝双发射碳量子点：先形成蓝色发射的sp2杂化碳核，再经磷酸辅助二次处理，以焦磷酸键将红色荧光分子共价桥接于碳核表面。刚性桥连结构既抑制碳核过度生长与非辐射能量转移，又实现双发射中心空间分离，使碳点在50 min紫外照射、30天室温储存后荧光保留率均高于95%。
在此基础上，团队采用硅烷偶联剂KH-560构建“PVA-硅烷-碳点”多级共价交联网络，将碳点牢固锚定在聚合物基体中，避免羟基环境导致的红色荧光淬灭与碳点渗漏；同时在薄膜表面原位形成微纳分级Si-O-Si粗糙结构，同步实现力学增强与疏水自清洁功能。性能测试显示，该薄膜固态荧光量子产率达16.16%，可屏蔽95%的紫外辐射，同时保持80%以上的可见光透光率；拉伸强度较纯PVA提升291%，浸水后力学性能无显著下降；污染物残留率仅0.82%，模拟风蚀下粉尘去除效率达98.77%，兼具优异抗菌粘附性能与长期耐候性。
大棚马铃薯遮阴栽培实验证实，该薄膜可使马铃薯净光合速率提升55.46%，块茎鲜重产量提升76%。研究揭示其通过三级协同机制增效：促进光合色素合成，提升光能捕获能力；优化光系统II性能，提高电子传递效率、降低光损伤风险；激活碳同化关键酶RuBisCO活性，最终实现光能向有机物的高效转化。
四川农业大学理学院生物资源化学硕士研究生2023级叶智民、2022级刘继伟为论文共同第一作者，张云松教授、林丽博士为论文共同通讯作者。该研究得到了四川省自然科学基金青年项目、四川省科技计划国际合作项目、国家现代农业产业技术体系四川创新团队项目以及四川农业大学人才启动基金项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.3390/polym18121442
