新型层状MOFs荧光杂化材料的结构设计与发光性能研究

The preparation and researches about the relationship between structure and properties of the fluorescent hybrid material, have important academic values and application prospects. The goal of this project is to synthesize novel fluorescent hybrid material, as well as introduce the LDHs'(Layered Double Hydroxides) assembly model to metal-organic framework compounds. This project studies the specific luminous property from the point of view of structural chemistry, and the accomplishment of fluorescence adjustment through structural modification. Fluorescence molecules like Coumarins, Rhodamine, Fluorescent brightener and Fluorescein, will be intercalated to tren-derivative based layered MOFs applying the hydrogen bonding and π-π* stacking cooperative interactions. A series of stable fluorescent complexes with special properties will be obtained through altering the synthetic methods and conditions, metal ions, and fluorescence guest. The crystal of the novel fluorescent hybrid material will be grown as well. The photoluminescent properties like excited wavelength, emission wavelength, quantum yield, lifetime and intensity of layered MOFs will also be detected. The relationship between the fluorescent performance and microscopic structure is going to be summarized systematacially, in order to realize the fluorescence adjustment.

荧光杂化材料的制备，结构与性能规律的研究，具有重要的学术意义和应用前景。本项目以合成新颖荧光杂化材料为目标，同时把水滑石类化合物层状组装模型引入到金属-有机框架化合物的设计合成中。从结构化学角度研究特定发光性能，并通过结构修饰实现对化合物发光性能的调控。选择含有多吡啶基的Tren衍生物为配体，分别与不同的金属络合得到一系列的层状金属-有机框架化合物，利用氢键或π-π*堆积将香豆素类、罗丹明类、荧光增白剂、荧光素等荧光分子镶嵌到层状金属-有机框架层板间。通过改变合成方法、反应条件、金属离子、荧光单体等，制备出一系列稳定的、具有特殊性能的新型层状MOF荧光配合物，并培养出相应的晶体。测试层状MOF荧光杂化材料的激发波长、发射波长、量子产率、寿命、强度等荧光性能，系统研究微观结构与荧光性能之间的关系，进而实现荧光调控。

层状MOF的层与层之间的空隙灵活多变适合容纳不同尺寸的分子，然而对它们的应用还未引起大家足够的重视。依照本项目的研究计划，我们将水滑石类化合物层状组装模型引入到了金属-有机框架化合物的设计合成中;利用离子交换，荧光分子比如荧光增白剂被镶嵌到氢化席佛碱与锌形成的层状MOF中，制备出了一系列新颖的层状MOFs荧光杂化材料。我们表征了它们的荧光性能，并且通过改变引入客体分子的种类或是其排列方式来调控相应的荧光。此外，当选用偶氮类染料、2-蒽醌磺酸盐等化合物作为客体分子时，我们也制备出了其它的多功能材料，比如单相发白光、光致变色、手性和非线性光学活性的层状杂化材料。借助X-射线单晶衍射分析，我们表征了这些插层状化合物的结构以及层状MOF主体层板和客体分子之间的相互作用。客体分子被限域在层之间的空隙，使得它们自身的特性发生了变化，有时也会产生出一些新的性能。将不同的层状MOF和客体分子有机结合起来，有可能设计和合成出更多有用的多功能层状杂化材料。本项目的研究开发出了一个有效应用层状MOF以及制备多功能层状杂化材料的方法，开辟了一个新的研究领域。