CsPbX3钙钛矿量子点@Zr-MOFs复合材料的可控制备、发光性能调控和白光LED应用

The encapsulation of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) quantum dots (PQDs) in luminescent Metal-Organic Frameworks (MOFs) is expected to stabilize PQDs, and integrated the luminescence of PQDs and MOF matrixes. However, the accommodation of PQDs in MOFs still remains a great challenge, largely due to the poor stability of PQDs. In this project, Zr-MOFs with ordered channels are proposed to function as effective nanoreactors for preparing nanoconfined PQDs. Control of the in-situ growth of PQDs within the confined nanospace of Zr-MOFs could be served as an effective way for accommodation of PQDs in MOFs. The influence of precursors, the pore structure of parented MOF, and reaction conditions on the nucleation/growth and spatial arrangement of PQDs in MOF matrix will be investigated; the probable growth mechanism of PQDs, and theoretical model of spatial arrangement of PQDs in MOF matrix will be proposed. The interactions and energy transfer processes between PQDs and MOF matrix will be investigated, and their connections with the stability of PQDs and luminescent properties will be clarified. A series of PQD@MOF composites with high stability and luminescence efficiency will be prepared, and high performance white LEDs based on these obtained composites will be fabricated. This project will promote the research and application of PQDs in lighting and display, and provide fundamental insight in the synthesis of luminescent MOF composites and host-guest chemistry. Besides, it is also hopeful to understand the relationship between host-guest interactions and properties in MOF composites.

将CsPbX3（X=Cl, Br, I）量子点（PQDs）组装复合到发光MOF基体中，有望稳定PQDs，并实现PQDs和MOFs的光功能集成，获得一类新的高性能复合发光材料。然而要实现PQDs跟MOF的复合还非常困难，因为PQDs不稳定，在跟MOFs复合的过程中极易分解。本项目拟以Zr-MOFs为纳米级反应器，利用其孔道的空间限域效应，在孔道中原位生长PQDs，从而实现MOFs和PQDs的复合。研究原位反应的条件和工艺对PQDs在孔道中成核生长和空间分布的影响，提出可能的成核生长机制和空间分布模型；阐明MOFs和PQDs之间的相互作用和能量传递过程；在此基础上设计组装多种稳定高效的复合发光体系，并制备出高性能的光转换白光器件。本项目的实施不仅有望推动PQDs在LED领域的应用和研究，丰富MOFs复合材料合成和主客体化学的内容，还将促进复合发光材料中主客体相互作用与性能的关系的理论研究。

将CsPbX3（X=Cl, Br, I）量子点（PQDs）组装复合到发光MOF基体中，有望稳定PQDs，并实现PQDs和MOFs的光功能集成，获得一类新的高性能复合发光材料。然而要实现PQDs跟MOF的复合还非常困难，因为PQDs不稳定，在跟MOFs复合的过程中极易分解。本项目以锆基MOF作为为纳米反应器，先将CsPbX3钙钛矿的前驱体引入到MOF的孔道中，之后利用MOF孔道的空间限域效应，在孔道中原位生长PQDs，从而实现MOFs和PQDs的复合。本项目通过“一步法”和“两步法”两种途径实现了钙钛矿前驱体的引入；研究了前驱体的浓度、溶剂、MOF孔道尺寸以及原位反应的温度等条件对PQDs在MOF孔道中限域生长的影响，发现MOF的孔道尺寸以及前驱体的浓度对PQDs在MOF基体中的生长和分布非常关键；研究了MOFs和PQDs之间的主客体相互作用，发现MOF基体不仅可以作为保护壳隔绝PQDs跟跟外界环境中水、氧的接触，MOF基体中丰富的有机官能团还可以进一步钝化PQDs表面，大幅提高PQDs的稳定性。本项目基于PQD@MOF材料制备了白光LED，色域表现优异，在背光显示领域有潜在应用。此外研究了MOF基复合发光体系在信息加密防伪和传感方面的应用。以上结果不仅发展和完善了有机-无机复合发光材料合成和主客体化学的内容，还将促进复合发光材料中主客体相互作用与性能的关系的理论研究。