稀土基多孔MOFs结构设计及光电性能调控

Inorganic-organic hybrid solid luminescent materials, integrated the advantages of inorganic and organic components, has been widely concerned in the fields of lighting, display, sensor, biological marker and medical diagnosis and so on in recent years. Metal-organic frameworks (MOFs) as a new type of inorganic-organic hybrid material, shows the unique advantage in the light and solid proton conductive areas. In this project, the synthesis of porous rare earth based metal organic frameworks (Ln-MOFs) is designed and its luminescence and proton conductivity performance is studied based on the composition and structure features. The luminescent color of MOFs material is effectively controlled by adjusting mixing ratio of rare earth ions by use of multiple rare earth ions mixed strategy introducing multi-color luminescent centers. Our aims are to find methods to improve the brightness, color purity, the luminescence quantum yield and light life of Ln-MOFs white light emitting material, to summarize the relationship between properties and structure of Ln-MOFs luminescent material, to discuss the effects of size of luminescent porous Ln-MOFs material and ligands on the luminescent properties, and to realize the directional design of luminescent MOFs. Meanwhile, the proton conductive performance of porous Ln-MOFs with continuous network of hydrogen bonds in its channels is researched. The theoretical and experimental basis is provided to develop the high performance of white light emitting material and proton conductive material.

无机-有机杂化固体发光材料，集成了无机与有机组分的功能优势，近些年在照明、显示、传感、生物标记以及医学诊断等领域被广泛关注。金属-有机框架作为一种新型有机-无机杂化物，在发光及固体质子导电方面显示出独特的优势。本项目，拟设计合成多孔稀土基金属-有机框架（Ln-MOFs），基于其组成及结构特征，重点研究其发光和质子导电性能。利用多稀土离子混合策略引入多色发光中心，通过调节稀土离子的混合比例，实现对MOFs材料发光颜色的有效调控。发现提高稀土基MOFs白光发射材料亮度、发光颜色纯度、量子产率和发光寿命等性能的方法，总结Ln-MOFs发光材料的性能与结构的关系，探索发光多孔Ln-MOFs材料的尺寸调控方法及客体对发光性能的影响，实现发光MOFs材料的定向设计。对多孔Ln-MOFs孔道中能够形成连续氢键网络的化合物开展质子导电性能研究，为开发高性能的白光发射材料及质子导电材料提供理论和实验依据。

稀土基多孔MOFs结构设计及光电性能调控（No.21571030），围绕立项时确立的研究目标及拟解决的关键问题，即，⑴设计合成具有发光性质的稀土、碱土金属MOFs配合物，探索稀土及碱土金属MOFs发光调控方法，为开发高性能的白光发射材料提供实验依据；⑵ 总结 MOFs 材料的发光功能与结构之间的关系，探索发光MOFs 材料的尺寸调控方法，实现发光功能MOFs 材料的定向设计和构建；⑶ 发现新的具有质子传导性能的 MOFs 材料，揭示质子传导性材料的结构特征及导电机理，主要取得如下成果：①设计合成十余种稀土及碱土金属基多孔MOFs。选择具有较强发光性质的配体，如2,6-吡啶二羧酸、2,4,6-三异哌啶酸-1,3,5-三嗪（H3BTPCA）、3,3',5,5',-偶氮苯四甲酸( H4ABTC )，合成了9例新的稀土MOFs，深入研究了其发光性质；②通过选择具有不同发光性质的配体及稀土掺杂等策略，有效调控MOFs发光性质。利用具有不同发光性质的稀土离子原位掺杂，获得了具有白光发射的稀土MOF材料。设计和合成了两例多孔、稳定、具有多个路易斯碱活性位点的碱土金属MOFs，并进一步通过稀土后修饰实现了发光性质的调控；③设计合成了多酸基稀土和石墨烯杂化材料，构筑了连续稳定的氢键网络，探讨了质子载体密度、质子浓度等对质子传导性能的影响，获得了具有高质子传导率的新型多酸基杂化材料。