插层LDHs偏振发光超薄膜的组装与光电性能研究

本课题旨在通过对LDHs(层状复合氢氧化物)和客体荧光分子的几何结构和能带/能级特征的分析，选择具有优良荧光特性的有机阴离子、聚合物阴离子、金属配阴离子，采用共插层-层层静电自组装法构筑单一取向的荧光分子/LDHs插层复合超薄膜。研究此类层状复合体系的结构特征，主-客体相互作用、多重量子阱特征和光学/电学特性，总结其中的构-效关系，在薄膜的介观结构和插层分子结构两个层次上，揭示超薄膜的光学特性，特别是偏振光学特性与薄膜和客体分子取向性的关系，获得具有显著线偏振发光性能、多种发光(单色、双色和白色)的插层LDHs复合超薄膜。通过层间手性环境的构筑，制备单一手性插层LDHs复合超薄膜，研究其圆偏振发光性能。为深入研究和开发偏振发光薄膜器件及其在光电功能领域内的应用提供实验基础和理论指导。本研究将有助于发展新型功能薄膜材料的制备化学和无机固体材料化学，对新型发光薄膜器件的研发有重要的研究价值。

本项目从插层材料的超分子设计角度出发，提出以LDHs为主体，光活性分子为客体，经插层组装和剥层组装构筑了系列新型无机/有机超分子光功能粉体与薄膜材料。以强化材料的光学偏振功能为导向，以提高材料的发光效率和光学性能为研究目标，从实验和理论计算两方面对系列光活性分子(共轭聚合物，有机小分子，荧光配合物)/LDHs复合材料的超分子结构、电子结构、能级特征、主客体相互作用进行了研究，获得了具有优良发光性能的固态粉体与薄膜材料。同时探索此类材料的制备规律、结构与偏振功能关系。通过改变主/客体相互作用，客/客体相互作用，解决此类光功能材料的可控组装和发光性能优化及调控中的科学问题，发展了系列具有单色发光，多色发光，偏振荧光，双光子发射，近红外吸收与发光，智能响应荧光变色等性能的功能材料，为新型超分子结构光功能材料的发展提供了新的研究思路，奠定了一定的理论和实践基础。主要的研究内容和结果如下：.1. 在无机/有机超分子结构光功能材料的理论研究方面，提出无机LDH层板对层间有机光活性客体具有量子能垒的限域效应，可构筑一类具有无机/有机多重量子阱特性的复合光功能材料。采用实验和理论计算相结合的研究方法揭示了此类新型量子阱结构的能级特征和性能优势。无机/有机杂化多重量子阱结构是插层材料主客体相互作用的集中体现和新的特征。.2. 得到了三种共轭聚合物/LDH超薄膜材料。分别以磺化聚对亚苯(APPP), 磺化聚苯撑乙烯(APPV)，磺化聚噻吩(APT)为发光客体与LDHs纳米片交替沉积，实现了蓝、橙、红复合超薄膜的有序组装。该材料具有结构有序，厚度可控、亮度均一等特点。与单纯的高分子发光超薄膜相比，LDH层板的晶格定位效应有效地分散发光客体，抑制其聚集体的产生，因此表现出发光性能优异、光稳定性强等特点，有望解决有机发光材料中存在的问题，实现了插层组装材料的光学性能提升。.3. 实现了金属配合物(邻菲啰啉钌、磺化酞菁锌)及有机小分子(花菁类染料)/LDHs超薄膜的构筑，发展了几种具有多重量子阱结构的偏振荧光及近红外发光的超薄膜体系。拓展了LDHs层状功能材料的组装范畴，丰富了插层组装体系及其应用领域。.4. 基于三基色原理，通过选取不同发光颜色(蓝、红、绿、橙)的构筑基元与LDH纳米片进行层层组装，得到几类具有异质结构的双色和三色偏振发光超薄膜材料。