自旋调控的自旋-发光关联体系的构筑及其性能

The usage of bistable spin crossover (SCO) compounds for future applications in the field of data storage and spin electronics is very important. However, the focal points of research in this field are excessively concentrating on synthesis, characterization and transition mechanism for new SCO compounds in nowadays. Based on the difference of light absorption for bistable Fe(II) compounds at low spin or high spin state (At low temperatures, in the domain of the low spin state, the compound appears of absorption bands at ~550 nm. Whereas the high spin state has in general a colourless appearance.), we construct the composite system with Fe(II) spin crossover compounds and luminescent materials which have emitting band at ~550 nm such as quantum dot or rare earth luminescent materials. In process of the spin transition between high spin and low spin states, the absorption band of Fe(II) low spin state is overlapping with the emitting band of luminescent materials in the composite system and producing reversible fluorescence quenching effect, thus, a spin-luminescence correlation system controlled by spin-crossover is formed. In this proposal, by using special Fe(II) spin crossover materials and luminescent materials as building blocks, and controlling the structure of construction and composition proportion, spin-luminescence materials or devices will be manufactured.

具有双稳态的自旋转换现象在自旋电子学及未来信息存储领域具有重要意义，但该领域的研究工作目前仍然过分集中在新的自旋转换化合物的合成、表征与转换机理。基于Fe(II)自旋转换化合物在高低自旋态的光吸收差异（在低自旋态，550nm附近有强的吸收；而在高自旋态无此吸收），将此类自旋转换化合物与在550nm附近具有光发射的材料（如半导体量子点、稀土发光材料等）进行复合组装，体系在高低自旋转换过程中，低自旋态Fe(II)的吸收与发光组分的荧光发射在550nm附近重叠，产生可逆的荧光淬灭过程，形成自旋-发光关联体系。本项目拟通过合成特定性能的Fe(II)自旋转换材料及发光材料，控制二者的复合比例及纳米组装结构，制备出自旋调控的发光材料与器件。

按照项目的总体研究计划，设计合成了一系列结构新颖且具有特征光发射的配位聚合物发光材料（Tb-MOF, Eu-MOF ,Gd-MOF, Fe-MOF, Zr-MOF等）； 按照文献方法合成了转换温度Tc在室温附近、且在温度变化过程中自旋转换为突跃式变化的Fe(II)自旋转换配位聚合物纳米粒子(FeL)。在此基础上重点开展了以下工作：. 将合成的配位聚合物发光材料[Tb(H4btca).3H2O]n （H4btca = [1,1'-联苯]-2,3,3',5'-四羧酸）与自旋转换纳米粒子[Fe(4-NH2trz)3](ClO4)2（4-NH2trz为4-氨基-1,2,4-三唑）进行复合与可控组装，获得自旋—发光关联体系。深入研究了该组装体系自旋态变化对其发光特性的影响，制备出自旋调控的发光材料与器件。该复合材料具有随温度变化与激发波长变化多重响应的光学信号特征。. 将设计合成的一系列具有新颖结构的配位聚合物发光材料（Tb-MOF , Eu-MOF ,Zn-MOF等）进行了详细的结构表征及荧光性能研究，在此基础上深入研究了其在Pb(II)、Hg(II)、Cr(VI)、F-离子及硝基化合物等特定离子或分子的识别化学与传感。相关研究极大地拓展了本项目中所合成的配位聚合物发光材料的潜在应用领域。. 设计合成了一系列具有新颖结构的多孔配位聚合物（Tb-MOF, Eu-MOF ,Gd-MOF, Fe-MOF, Zr-MOF等）,通过对多孔配位聚合物晶体形貌与尺寸的调控、不同MOF的复合、功能化修饰，构建了功能化MOF复合体系，深入研究了MOF复合体系在细胞靶向识别、荧光成像、磁共振成像、药物控释等方面的应用，拓展了配位聚合物在生物医学方面的应用。