兰州大学唐瑜教授课题组近年来重要工作概览

唐瑜，教授，博士生导师。1999年于兰州大学化学化工学院获理学博士学位，之后留校任教。主要从事稀土配合物发光材料的合成以及功能调控研究。入选教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、英国皇家化学会会士（FRSC）、国务院政府特殊津贴专家、教育部新世纪优秀人才、甘肃省领军人才第一层次人选和甘肃省“飞天学者”特聘教授。兼任Inorg. Chem.期刊副主编；Inorg. Chem. Front.和《中国稀土学报》(中、英文版)编委；《无机化学学报》和《结构化学》青年编委。主持国家自然科学基金重点及面上项目、高等学校学科创新引智基地、甘肃省重点研发及企业委托项目。近五年在Natl. Sci. Rev., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci.和ACS Nano等国际知名专业期刊上发表论文78篇。

近年来唐瑜教授团队围绕着如何在分子水平调控稀土配合物发光材料的功能这一关键科学问题，在对稀土配合物进行结构设计基础上，基于原位配位、界面效应、能量传递和超分子组装等策略，实现材料体系稀土荧光调制，在此基础上初步建立了稀土配合物发光材料功能调控策略；并将该策略应用于稀土智能发光材料及太阳能电池器件组装，实现了多维度光学信息存储和智能生物探针构筑，并组装出高效稳定的无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池器件。

本文选取唐瑜教授课题组近年的相关文章来介绍该团队的主要研究工作。

（一）发现自组装诱导稀土配合物荧光增强效应

通过稀土配合物的结构设计，使得Eu³⁺配合物无需封装或杂化过程，即可自组装为尺寸可控、且具有自组装诱导发光性质（Self-Assembly Induced Luminescence, SAIL）的Eu³⁺配合物纳米颗粒。作为应用示例，以SAIL性质进行了生物成像研究，以荧光强度和寿命为输出信号，在微尺度下实现了对温度的精准测量和细胞内次氯酸的比率型双光子荧光检测（Natl. Sci. Rev., 2021, 8, nwab016，如图1所示）。

图1. Eu³⁺配合物自组装诱导发光（SAIL）示意图及在温度和HClO生物成像中的应用

（二）实现配合物与材料基质杂化组装和功能复合

基于原位配位反应进行配合物与材料基质的杂化组装研究（Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 10649-10653，如图2所示），并进一步利用界面效应调控配合物与材料基质之间相互作用，提高了材料的稳定性，并实现了配合物与基质的功能复合（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 8654-8658，如图3所示）。

图2 基于原位配位反应实现配合物与材料基质的杂化组装

图3 基于界面效应实现配合物与材料基质的功能复合

（三）协同调制材料体系稀土荧光光谱和荧光寿命

利用原位配位反应和配体/材料基质的刺激响应性设计，在一种材料体系实现稀土多维度/多刺激响应型光学信息存储。代表性工作包括选择具有发光特征的碳量子点为材料基质，利用配位组装在碳量子点上“嫁接”对酸碱性气氛能产生荧光信号响应的Eu³⁺配合物，实现了材料体系荧光光谱和寿命的协同调制，提高了光学编码容量和安全性，为稀土配合物在光学编码材料领域应用提供了新的研究视角（Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 2689-2693，如图4所示）。

图4. 材料体系稀土荧光光谱和寿命协同调制用于光学编码

同时，基于配体交换反应实现了稀土配合物与钙钛矿量子点的杂化组装，在大幅度提高钙钛矿量子点水稳定性的同时，将稀土配合物发光的酸碱响应性与钙钛矿量子点发光的温度响应性充分复合在一起。这种优越的特性可以应用于多刺激响应型光学编码，从而进一步提高了信息加密的安全性（ACS Nano, 2021, 15, 6266-6275，如图5 所示）。

图5. 稀土配合物与钙钛矿量子点杂化组装实现多刺激响应荧光编码材料构筑

（四）配位诱导构筑高效稳定的太阳能电池器件

将具有良好吸光功能的酞菁配合物引入钙钛矿太阳能器件体系中，基于配合物与钙钛矿的原位反应，诱导钙钛矿结构转变，在晶界处通过生成二维相结构产生“缝合效应”，组装出高效稳定的太阳能电池器件（J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 11577-11580，如图6所示）。

图6. 配合物诱导钙钛矿结构变化，产生“晶界缝合”效应

进一步，通过体相掺杂方式将具有良好光吸收功能的稀土卟啉配合物引入钙钛矿太阳能电池器件中，利用稀土配合物诱导钙钛矿结构转变的同时，利用配合物的光转换功能拓展器件光响应，同时通过配合物吸收紫外光，组装出对水、光和热全稳定的高效太阳能电池器件（Adv. Sci., 2019, 1802040，高被引论文，如图7所示）。该工作为首次将稀土配合物引入到钙钛矿太阳能电池器件里，在稀土配合物的分子设计和光转换功能基础上，成功实现了全稳定的太阳能器件组装。

图7. 利用稀土卟啉配合物体相掺杂，制备出全稳定的钙钛矿太阳能电池器件

（五）稀土智能荧光防伪标签研制

基于以上基础研究工作，唐瑜教授团队目前已开发出系列稀土高等级荧光防伪标签，可以实现在不同浓度、激发波长和密钥驱动下的荧光变色行为（如图8所示），申请三项国家发明专利（202011185652.9；202011181673.3；202011185637.4），有极强的产业化应用前景。

图8. 稀土高等级荧光防伪标签在不同激发波长和密钥驱动下的可控荧光变色

以上为唐瑜教授课题组近年来具有代表性的工作成果，其它更多具体详细的信息请发送邮件至tangyu@lzu.edu.cn进一步讨论。欢迎有志于科学研究，并对课题组研究方向感兴趣的同学申请团队硕士/博士及博士后岗位。