刺激响应型稀土配合物智能光学信息存储材料研究

On the basis of our previous researches, we plan to fabricate multi-level and multi-dimensional smart optical information storage and anti-counterfeiting materials based on the rare-earth complexes, using the up-conversion nanoparticles (UCNPs), nano metal-organic frameworks (NMOFs), silica nanoparticles and quantum dots as nanoreactor, and realizing the stimuli-responsiveness of the materials based on the molecular design of ligands for external stimuli (including light, heat, pressure, acid and alkaline atmosphere, and small molecules, and etc.); To carry out the molecular basis researches on the related materials, revealing the micro mechanism of energy transfer, transform and dynamic process of the coordination reaction processes; To carry through multi-level and multi-dimensional luminescence modulation of the rare earth complexes materials using nano-confinement, in-situ coordination and energy transfer strategies, improving the data storage density and enhance information security of the materials; A new methodology for controlling the function of rare-earth complexes luminescent materials in the molecular level will be set up, novel rare-earth complexes optical information storage materials with stimuli response will be created, and the development of rare-earth anti-counterfeiting ink will be conducted. The new knowledge and relevant laws are summarized to provide an important theoretical basis for the research of novel smart luminescent materials based on the rare-earth complexes. And we expect that twenty to twenty-five top-quality papers will be published, some patents can be applied by the relative researches, and eight to ten graduate students will be brought up by the project implement.

本项目在已有研究成果基础上，以上转换发光纳米粒子、纳米金属-有机框架、二氧化硅纳米粒子和量子点等为纳米反应器，通过原位配位反应方式构筑具有多层次和多维度信息存储和防伪功能的稀土配合物智能光学信息存储材料，并基于配体的分子设计实现材料对外界刺激（包括光、热、压力、酸碱性气氛和小分子等）的响应性；开展材料的分子基础研究，揭示配位反应过程中物质的能量传递与变换的微观机制、动态过程等；利用纳米限域、原位配位及能量传递等策略进行稀土配合物发光材料的多层次和多维度荧光调制，提高数据存储密度，并增强信息传递安全性；凝练设计思想，建立分子水平上精准调控稀土配合物发光材料功能新策略，创制刺激响应型稀土配合物光学信息存储材料，并进行稀土防伪油墨研发；总结所获新知识及有关规律，为新型稀土配合物智能发光材料研究提供重要理论基础。预期可发表高质量学术论文20-25篇，有关成果申请专利，培养博、硕士研究生8-10名。

稀土是我们国家非常重要且不可再生的战略资源，开展稀土功能材料的基础理论及应用研究不仅是世界科技前沿，也是我们国家亟待解决的重要课题。在国家自然科学基金项目“刺激响应型稀土配合物智能光学信息存储材料研究”的资助下，开展了稀土配合物发光材料的分子基础和功能调控研究。通过稀土配合物的分子设计，实现了配合物分子在水溶液中的自组装，深入研究了组装诱导荧光增强效应机理，并在此基础上实现温度和生物标志物高灵敏度检测；通过纳米材料表面修饰方式构筑出具有多重刺激响应性的稀土配合物智能光学编码材料，并基于材料组成和配体的分子设计实现了材料对外界刺激的响应性；进一步深入开展了材料的分子基础研究，揭示了配位反应过程中物质的能量传递与变换的微观机制、动态过程等；利用纳米限域、原位配位及能量传递等策略进行了稀土配合物发光材料的多层次和多维度荧光调制，提高了信息存储密度，并增强了信息传递安全性；凝练设计思想，创制刺激响应型稀土配合物光学信息存储材料。取得的研究成果对新型稀土配合物智能发光材料的创制和稀土资源的高值化利用具有重要的科学意义，并为配位化学发展提供支撑。迄今为止，在Natl. Sci. Rev.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Adv. Sci.、Chem. Sci.、Inorg. Chem.和中国稀土学报等刊物上发表SCI论文41篇；申请5项国家发明专利，1项已授权，4项进入实审阶段。正在进行稀土高等级荧光防伪油墨的科研成果转化工作，预计三年内能开发出相关防伪商标产品。2019年~2022年，在项目执行期间，项目负责人唐瑜教授共参加国际及国内学术会议28 次，并做主题报告；组织5次国际及国内学术会议。作为联系人协助严纯华院士申请获批稀土功能材料高等学校学科创新引智基地。入选英国皇家化学会会士（FRSC）；受聘ACS期刊Inorganic Chemistry副主编。项目负责人唐瑜教授获批稀土功能材料创新研究群体项目；荣获甘肃省研究生教育优秀导师；共毕业博士研究生10人，硕士研究生10人；1名博士生获得国家奖学金，1名硕士生获得甘肃省优秀硕士学位论文。