稀土羧酸配位聚合物纳米粒子及其核壳结构的设计、合成和光学性能研究

Owing to the core/shell structured nanocomposites have multicomponents, they give properties which are different from their core or shell, which provides a facil way to the design of new materials and have been intensively studied.To date, most of the studies are concentrated on the fabrication of inorganic nanoparticles coated with inorganic shell or polymer shell. On the basis of successful preparation of rare earth carboxylic coordination polymer nanostructures, this project aims to prepare their core/shell structured nanocomposite (both core and shell are coordination polymer). Their photoluminescence properties will be invesitigated and the effects of the kind and thickness of the shell on the properties will be explored, and the interaction rule between the core and shell will be studied. Furthermore, their promising applications will be explored. It may give theorectical and experimental instructions for the preparation of the other coordination polymer core/shell nanostructures, which if of significant importance.

核/壳结构的纳米复合材料由于其内部分别富集不同的成分，显示出特殊的双层或多层结构，通过核与壳的功能复合与互补，调制出有别于核或壳本身性能的新型功能材料，为新材料的设计提供了非常便捷的途径，是当前材料科学研究的热点之一。当前，核/壳结构主要集中在无机材料包覆无机纳米粒子或用聚合物来修饰无机纳米粒子。在成功合成系列稀土羧酸配位聚合物纳米材料的基础上，本研究拟以其核/壳（核和壳均为配位聚合物）结构为研究对象，尝试其核/壳结构的合成，以期获得一些具有新颖结构和性能的新材料，拓展材料的种类。测试其光学性能，对核壳之间的相互作用及其作用机理进行研究，找出壳的厚度以及种类等对材料光学性能的影响和规律，对其应用进行探索。不仅可能获得系列新型复合纳米材料，还可为其它配位聚合物核/壳纳米结构的合成提供理论和实验依据，是一项非常值得研究的工作。

选取系列具有不同取代基团的多元羧酸(如吡啶-2,5-二羧酸，四氟邻苯二甲酸、均苯四甲酸、2,3-二巯基丁二酸、2-氟苯基硼酸、尿囊素、2-氨基对苯二甲酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、2-硝基对苯二甲酸、2-溴对苯二甲酸、2, 5-二氯对苯二甲酸和2-羟基对苯二甲酸等)为有机配体，以铕和铽为中心金属离子，通过微波法、水热法和溶剂热法制备其配位聚合物物微/纳米材料。详细考察了各因素如反应温度、时间等对合成的影响，获得了控制材料形貌和尺寸的相关规律性。结果表明，配体的结构以及取代基的种类及位置等均为对产物的形貌等产生影响。在上述成功合成的基础上，详细对其发光性能进行了研究，找出了相关的规律性。结果显示当对苯二甲酸上无取代基时，荧光性能最强，量子产率也最高，当对苯二甲酸上有取代基时，荧光性能都有着一定的程度的减弱。随后，筛选一些合适的体系(主要是吡啶-2,5-二羧酸和尿囊素)，制备了其核壳结构。考察了核壳结构的形成过程，对其生长机理进行了探讨。制备了一系列厚度的壳的产物，同时测试了这些核壳结构的荧光性能，考察了镧基配位聚合物壳对铕基配位聚合物核荧光性能的影响，结果发现铕基配位聚合物核的荧光强度及荧光寿命会随壳厚度的变化而变化，它们都是随着壳厚度的增加而先增长后降低。研究拓展了稀土配位聚合物研究的范畴，将为配位聚合物微/纳米结构的合成及其应用提供理论基础和方法路线。