共轭型金属膦酸盐光电功能材料的设计合成与性能研究

本申请项目拟利用水热合成技术，结合无机材料的高强度、高熔点、高稳定性和有机配体的柔软性、可修饰性、低密度和功能性等优点，以含有功能性基团或共轭结构单元的有机膦酸作为桥联配体，通过与稀土或过渡金属离子的直接组装，或通过在金属膦酸盐体系中引入含有共轭结构单元的第二有机配体，设计合成出结构新颖、表面光电性能和发光性能优良的共轭型金属膦酸盐材料。利用X-射线单晶和粉末衍射技术、TG-DTA分析、表面光电压(SPS)及场诱导表面光电压（FISPS）技术、荧光/磷光光谱等多种现代分析手段，对所合成材料的晶体结构、骨架稳定性、表面光电性能、发光性能以及结构与性能之间的关系进行深入研究。探索材料的最佳合成条件和晶体生长规律，通过对有机膦酸配体结构的合理设计，调变金属离子的种类以及对合成条件的控制，拟对材料的结构和性能进行调控。从应用基础研究入手，为新型光伏材料和发光材料的研制提供重要的基础性工作。

本申请项目利用水热合成技术，通过含有共轭结构单元的功能性有机膦酸配体与稀土或过渡金属离子的直接组装，或通过在金属膦酸盐体系中引入含有共轭结构单元的第二有机配体，设计合成了79种表面光电性能和发光性能优良的共轭型金属膦酸盐材料，并对其晶体结构、骨架稳定性、表面光电性能、发光性能以及结构与性能之间的关系进行了研究。首次利用表面光电压(SPS)及场诱导表面光电压(FISPS)技术，对材料的表面光电性能进行了研究；利用荧光/磷光光谱表征技术，对材料的发光性能进行了研究。从理论上提出了配体结构、金属离子性质、配体与金属离子之间的配位方式、晶体结构等对材料的表面光电性能和发光性能的影响，为新型光伏材料和发光材料的研制提供了重要的基础性工作。该项目的主要研究成果如下：.1、利用水热合成技术，以含有-OH, -NH2 或-COOH和共轭结构单元的有机膦酸作为桥联配体，通过与稀土、过渡金属离子、主族金属离子（Pb2+和Sn2+）以及钼氧簇的直接组装，设计合成了30种新型金属膦酸盐材料。.2、利用水热合成技术，通过在金属膦酸盐体系中引入草酸、对苯二甲酸、均苯三甲酸、4, 4–联吡啶、2, 2–联吡啶和1,10–邻菲啰啉等含有共轭结构单元的第二有机配体，设计合成了49种共轭型双配体金属膦酸盐材料。系统地研究了第二配体结构对所合成材料的表面光电性能和发光性能的影响。.3、利用荧光/磷光光谱，对所合成材料的发光性能进行了研究。探索了材料的合成条件、金属离子性质、配体结构以及相互之间的配位方式对材料发光性能的影响。.4、首次利用表面光电压(SPS)及场诱导表面光电压(FISPS)技术，对所合成材料的表面光电性能进行了研究。探索了材料的合成条件、金属离子性质、配体结构以及相互之间的配位方式对材料表面光电性能的影响。.5、系统研究了材料的合成条件和晶体生长规律，提出了一套比较完善、合理的材料合成方法和技术路线。通过对有机膦酸配体结构的合理设计，改变金属离子的种类以及对合成条件的控制，实现了对材料的结构和性能进行调控。.6、研究工作已在Crystal Growth & Design, Dalton Trans, CrystEngComm, New J. Chem, RSC Advances, Inorg. Chim. Acta, Inorg. Chem. Commun.等国际期刊上发表论文21篇。