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2019-12-16,《Research》:手性金属有机框架结构诱导的高效固态圆偏振发光

  具有圆偏振发光(CPL)性质的材料由于在3D显示、光学存储、光学防伪以及不对称合成等方面的重要应用,近年来越来越受到研究人员的关注。在制备CPL材料的方法中,手性主体诱导非手性发光客体产生CPL是一个重要的策略。但目前该策略大多是在有溶剂相的条件下实现的,这大大制约了材料的实际应用。因此开发固态圆偏振发光材料才是其应用的关键。最近,国家纳米科学中心段鹏飞研究员团队制备了一种手性的沸石咪唑型金属有机框架(MOFs)材料,利用该手性MOF作为主体,将非手性发光客体(有机染料、无机量子点)装载进其内部,可以获得全波段的固态圆偏振发光材料。进一步调节各发光客体的装载比例,研究人员实现了圆偏振白光发射。将上转换纳米粒子作为客体还可以获得具有高不对称因子(glum)的上转换圆偏振发光(UC-CPL)。该方法为发展固态高效圆偏振发光材料提供了新思路。

  研究人员选择了一种常见的沸石咪唑型框架材料ZIF-8作为模板,在ZIF-8的合成过程中加入手性基元组氨酸,可以获得混合配体的手性ZIF材料。在手性ZIF制备的过程中同时加入有机染料或者无机量子点,手性ZIF可以将这些客体包裹进其内部,最终得到固态发光ZIF材料。实验发现,处于ZIF手性环境中的染料和量子点均可以检测到CPL信号,而且有机分子的CPL信号与量子点是相反的。通过对比手性ZIFCD信号,作者发现染料手性遵循ZIF手性而量子点则相反。考虑到两者尺寸与ZIF框架中“手性笼”尺寸的差距,有机分子可以被包裹进手性ZIF笼的内部,因此其手性遵循ZIF的手性;而大尺寸的量子点超出一个笼子的尺寸,其被ZIF的框架包裹,诱导手性与笼的手性相反。因此,该工作利用客体尺寸的不同,在手性ZIF中实现了双模式诱导的CPL。此外,将上转换纳米粒子作为客体则可以获得具有高glum的上转换CPL,为CPL材料的应用开拓了一个新的方向。研究人员通过简单的手性诱导策略,实现了不同种类发光体的固态圆偏振发光,为构筑固态圆偏振发光材料提供了简单可行的策略。相关结果发表在Science合作期刊Research上。第一作者为博士生赵炵翰(DOI:10.34133/2020/6452123 

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