多酸-量子点纳米材料的化学合成及发光性质研究

The optoelectronic properties of polyoxometalates (POMs) have attracted researchers’ extensive attention in the past few decades. New requirements and challenges on POMs chemistry are emerging with the high development of the energy and information technology, e.g., fluorescent materials with high efficiency, high stability and environment friendly. However, most of the reported fluorescent POMs are lanthanide derivatives or their composites until now. Due to the content of lanthanide and ligand is rare, the performance of relevant material is not good enough. . Aiming at the developing plan and orientation on POMs chemistry, directed by the energy transfer and coupling idea, and in order to achieve the enhanced and tailorable fluorescent properties, this program will focus on (1) developing methods and technique to prepare POMs based materials modified by quantum dots (QDs) tunable on size, nanostructure and surface modification, (2) investigating the relationships between the POMs-QDs materials and the fluorescent properties. This research will provide abundant new possibilities for the fluorescent POMs adopting QDs as modified materials.

多金属氧酸盐的光电性能一直受到科研工作者的广泛关注，随着能源与信息技术的高速发展，对多酸化学的研究提出了新的要求和挑战，例如研发高效、廉价、性能稳定、环境友好的新型发光材料等。目前关于多酸发光材料的报道，多是利用稀土或有机配体的发光，受二者在多酸中含量较低，且荧光容易被羟基基团淬灭，同时激发波长较短等因素的影响，化合物距实际应用还有一定距离。. 本项目针对当前多酸化学的发展研究方向，拟通过分子设计与合成技术同纳米制备技术相结合，以能量转移、性能互补与耦合为指导思想，增强并调控多酸基纳米材料的发光性能为直接目标，研究开发尺寸、结构及表面修饰分子可控的量子点与多酸相结合的新材料的制备方法和工艺，研究不同结构和类型的多酸、量子点之间的相互作用，以及对最终材料性能的影响规律，为实现多酸纳米发光材料的应用提供材料基础和新的可能性。

本项目针对多酸基复合材料的化学合成及发光性质逐步展开探索，主要包含以下三个方面：.（1）多酸基纳米材料的合成与发光性质的研究. 在前期探索中，使用纳米合成的技术手段，设计制备出具有新颖形貌的多酸微纳材料，并利用荧光材料对其进行掺杂或修饰，得到一系列具有优良发光性能的复合物。详细测试并深入讨论了每种材料的荧光光谱和稳态瞬态荧光光谱，解释了多酸引起复合材料荧光性质改变的原因。初步理解了多酸与荧光材料复合之后所产生的独特现象及其原因。.（2）多酸基-稀土复合材料的结构设计与发光性质的研究. 针对项目书中的合成策略I，使用包封法制备了多酸基稀土复合发光材料。在该方案中，通过SiO2壳层的包覆，减少稀土离子与水溶液的接触。结果表明，复合材料保持了稀土优良的发光性能，SiO2壳层的存在避免了稀土荧光的淬灭。这为以后在水相中保持复合材料的发光性能提供了新的解决方案。.（3）多酸-稀土纳米晶的化学合成及发光性质的研究. 作为本项目的重要核心部分，利用多酸作为掺杂剂，在水热条件下合成出形貌可控且荧光性质可调的CeF3纳米晶。当分别使用α-PMo12，α-PW12和α-SiW12 掺杂后，原本呈六角盘状的CeF3纳米晶，分别变为花朵状、圆片状和圆球状。尤其是复合材料的发射波长发生了显著的红移或蓝移。. 在基金的指导下，基于杂多酸和纳米晶，使用化学方法合成出一系列发光复合材料，揭示了纳米材料中，多酸对纳米晶发光性能影响的规律和原因。在尺寸调节和生长机理方面得到了大量有意义的实验数据和结果，这为以后多酸功能材料的设计与合成提供了技术储备。在新结构的创新上也取得了一定的突破，打破了长期以来多酸基复合材料结构单一的问题。这都为以后同类型材料的合成和性质研究打下一定的基础。相关的研究成果已经发表在Chemical Communication、Dalton Transactions、Materials Chemistry and Physics和Journal of Cluster Science等国际知名期刊，受到同行的一致认可。