高热稳定性高效混合稀土-有机框架白光材料的研制及其发光颜色调控

Nowadays,as the high quality displaying and lighting devices are more and more widely used and developed, highly efficient and long-term used fluorescent powder have become one of the important materials in displaying and lighting devices. How to realize color control and white light luminescence of light-emitting material is always the key issue in the field of material science, photoelectronics and lighting technology. This project aims at the design, preparation of white light luminescent and color controllable mixed lanthanide-organic frameworks, and the study on their structures, thermal stability, luminescent property, energy transfer mechanism, as well as the influence of structure, organic ligand, coordination environment of lanthanide ions, and the ratio of different lanthanide components within the framework on the luminescent behavior of these materials. Highly thermal stable and luminescent frameworks are selected by screening and their structure-property relationship will be investigated. By careful adjusting the ratio of different lanthanide components in the same framework, smooth color controllable and white light luminescent materials will be obtained and their potential application in the field of luminescent materials will also be investigated.

随着高品质显示与照明器件越来越广泛的应用和发展，高效率与长使用寿命的荧光粉成为照明与显示器件中的重要组成部分。如何在实现材料高发光亮度的前提下，同时实现其白光发射和发光颜色可调一直是材料学、光电子学及照明技术领域中重要的研究内容。本课题旨在设计、制备一类发光颜色可调的混合稀土-有机框架配位聚合物，对材料的分子结构、热稳定性和荧光性能进行测试和分析，研究材料发光的能量转移机理，探索材料的结构、有机配体的性质，稀土离子的配位环境、以及混合稀土离子之间的比例等因素对稀土-框架材料发光性质的影响；筛选具有较好热稳定性的高效的稀土-框架发光材料并深入研究它们的构-效关系，通过改变不同稀土离子在框架中的比例实现其发光颜色连续可调及其白光发射，开发这类材料在发光领域中的实际应用。

白光发射材料作为一种新型的光源，相比传统的白炽灯和荧光灯具有节能、寿命长、高亮度和环境友好等优势，在照明和显示领域有着巨大的应用前景，一直是发光材料领域的研究热点之一。相比于常见的无机荧光材料，发光金属-有机框架材料，尤其是含稀土离子的金属-有机框架材料由于其无机和有机组分有序连接的结构特点，近年来引起人们的极大关注。其可杂化性及框架内部丰富的能量传递模式可以为荧光的调控和白光发射提供多种可能性。本课题主要围绕稀土金属-有机框架荧光材料的合成与性能，利用含疏水基团的多羧酸配体，结合螯合辅助配体，设计合成了若干个高稳定性、荧光性能良好的稀土金属-有机框架材料。通过 (1) 改变同一框架中不同稀土离子的相对含量；(2) 改变激发波长；(3) 在非稀土金属-有机主体框架中调节包合稀土离子的相对量来提高材料的发光性质，得到了一系列金属-有机多色发光和白光发射材料。我们还进一步研究了它们在金属离子、有机小分子和其它环境污染物的识别及检测，以及磁热效应等方面的性能，并对这些材料的发光颜色调控以及荧光猝灭机理进行深入研究，探索了稀土离子和有机配体的选择，稀土离子的配位模式以及材料的结构对稀土-有机框架材料发光性质的影响，总结了有机发色团和稀土中心以及稀土离子之间的能量传递模式，材料的白光发射和发光颜色调控的原理和方法，促进了MOF材料在多色发光和白光发射领域中的应用。