纸质古籍文物记录着人类文明的发展历程，是珍贵的历史文化遗产，具有无可替代的重要价值。然而，纸张作为其载体，却面临着时间带来的不可逆转的老化和损毁。导致纸张损毁的因素包括造纸原料、填料、生产工艺等内部因素和光照、温度、湿度和污染程度等外部因素。在这些因素中，酸催化水解和光化学降解是导致纸张损毁的主要原因。酸催化水解导致纸张主要成分纤维素大分子中葡萄糖间β-1,4-糖苷键的断裂，进而促使纸张老化降解；而光照尤其是高能紫外线则可导致纤维素等组成分子的光降解，包括光化学裂解、光氧化和变色，从而影响纸张的稳定性和预期保存寿命。为了解决这些难题，研究者已探索各种碱性材料用于纸张的脱酸，其中脱酸剂的合适碱度和高分散性是提供持久脱酸保护的关键。然而，目前对于纸张的防光降解保护研究十分有限。考虑到纸张降解的多途径复杂因素，迫切需要开发新材料和方法，同时解决纸质文物的酸化和光降解，以提供安全和高效的长期保护效果。

       基于此，复旦大学电光源研究所、信息科学与工程学院光源与照明工程系研究员郭睿倩和复旦大学图书馆古籍保护研究院副研究员王思浓报道了碳量子点在纸质文物多功能协同保护方面的突破性应用。

       研究团队通过碳量子点辅助的原位生长策略，制备了碳量子点增强的层状双金属氢氧化物0D/2D纳米杂化物（CDs/Mg-Al LDH）作为新型双功能材料，协同解决纸张的光降解和酸化难题。该研究以题为“Efficient Protection of Paper-Based Cultural Relics via In Situ Synthesis of Carbon Dots/Layered Double Hydroxide”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上，并被选为Hot Topic文章进行报道。

【CDs/Mg-Al LDH的制备与表征】

图1 (a) CDs/Mg-Al LDH的形貌、性质与应用示意图，(b) CDs/Mg-Al LDH的物理性质与结构信息，(c) CDs辅助原位生长表征。

       碳量子点（CDs）的原位掺入可以有效减少LDH纳米片层的厚度，成功制备了CDs/Mg-Al LDH超薄纳米片（厚度5~15 nm），展现了胶体溶液优异分散性。CDs的引入同时增加了Mg-Al LDH的层间距，成功嵌入至LDH层板中，确保了CDs/ Mg-Al LDH纳米片优异的光学性质和紫外吸收特性。

【CDs/Mg-Al LDH对纸张的抗紫外保护和脱酸效果】

图2 (a) CDs/Mg-Al LDH对纸张抗紫外保护效果表征，(b) 抗紫外保护效果机理图。

       通过紫外加速老化评估了CDs/Mg-Al LDH保护后纸张（CDs/LDH-BP）的降解过程和速率。结果表明：相比于未被保护的纸张，CDs/LDH-BP的酸化情况被有效抑制，纸张黄化速度变慢，氧化程度也得到有效抑制，说明CDs/Mg-Al LDH能有效保护纸张免受紫外光带来的系列损毁。当纸张暴露在高能紫外光下，紫外线可以破坏纤维素、半纤维素以及木质素中的C-C、C-O和C-H等基础化学键；但是当紫外光照射在CDs/LDH-BP时，大部分紫外光被CDs/Mg-Al LDH纳米片吸收，放出低能量的光。这个过程减少了紫外光对纸张纤维的损害，从而达到保护纸张免受紫外损毁的效果。

图3 (a) 保护纸前后的形貌及发光情况，(b) CDs/Mg-Al LDH在干热条件下的脱酸效果。

       进一步地研究了CDs/Mg-Al LDH在纸张中的渗透和分布情况，发现CDs/Mg-Al LDH可渗透纤维内部缝隙，均匀分散，并且不会对纸张本来的纤维造成破坏。在常温环境中放置4个月后，在365 nm照射下纸张依旧发出清晰蓝色荧光，这使得很容易识别纸内CDs/Mg-Al LDH的存在。得益于量子点的发光特性，使得检测保护材料在纸张纤维中的分布十分便捷且安全。与此同时，评估了CDs/Mg-Al LDH对纸张酸化和氧化降解的保护效果，对CDs/LDH-BP进行干热加速老化（105℃）。结果表明，CDs/LDH-BP的酸化，黄化和氧化程度均能得到有效减缓。

       复旦大学信息科学与工程学院博士研究生赵金婵为工作的第一作者，复旦大学信息科学与工程学院的郭睿倩、复旦大学图书馆古籍保护研究院王思浓为论文的通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海市科委和中山-复旦联合创新中心等的支持。