ACS Materials Lett. | MOF基高品质单相白色荧光材料- X-MOL资讯

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ACS Materials Lett. | MOF基高品质单相白色荧光材料

材料

作者：X-MOL 2022-11-22

英文原题：Single-Phase White-Light Phosphors Based on a Bicarbazole-Based Metal–Organic Framework with Encapsulated Dyes

通讯作者：李建荣，谢林华，北京工业大学

作者：Yaping Li (李亚平), Qiang Chen (陈强)，Lin-Hua Xie (谢林华)，Kecheng Wang (王珂成)，Minjian Zhao (赵敏坚)，Jian-Rong Li (李建荣)

背景介绍

白色发光二极管（WLED）由于具有发光效率高、环保、节能、使用寿命长等优点，在通用照明、背光、汽车大灯等领域受到广泛关注。目前，常见的商用WLED是将红、绿、蓝三基色荧光粉涂敷在紫外芯片上封装而成。这种方法得到的WLED虽然能满足多数日常需求，但也存在显色指数（CRI）低，色温（CCT）高等不足，难以广泛应用到外科手术、摄影和博物馆展览等一些特定领域或场所。因而，开发高品质WLED具有理论意义和实用价值。作为一类新兴的有机-无机杂化材料，金属有机框架（MOF）因比表面积大，孔隙率高，可设计性好等特点近年来受到人们的广泛关注。MOF不仅可以作为捕光和发光材料，还可作为多孔基质封装各类客体分子，通过主客体间的相互作用及能量交换，实现其发光性质的有效调控。

图1.MOF基高品质单相白色荧光材料结构示意图

文章亮点

近日，北京工业大学李建荣团队结合其前期工作基础，设计合成一种孔隙率高达85.9%发蓝色荧光的MOF（BUT-119）。BUT-119同时封装发绿色（Acriflavine, AF）和红色（Rhodamine B, RhB或Basic Red 2, BR）荧光的有机染料后，可获得CRI高达94的白色荧光。并在商用UV-LED表面涂覆装载了两种染料的MOF（AF/RhB@BUT-119），制备得到了出可发射出明亮的白光的WLED，如图1所示。

图2.(a) MOF BUT-119的有机配体（a）、无机簇单元（b）及其三维多孔框架结构（c, 黄色和蓝色的球表示两个不同的孔笼）

BUT-119由具有蓝色荧光的双咔唑羧酸配体（H₄BCTA）与Zn²⁺通过溶剂热法合成而得，其框架内包含两种孔笼，直径分别约为12和16 Å，如图2所示。将活化后的BUT-119放置在不同浓度的发绿光染料AF，或发红光染料RhB或BR的乙醇溶液中浸泡24小时，浅黄色BUT-119晶体变为绿色或红色，如图3 所示。氮气吸附等实验也证明染料分子进入了BUT-119的孔道中。由于主客体间的高效能量转移，染料分子的装载可高效、可控地（通过负载量）调节BUT-119的荧光颜色。

图3.(a, c) MOF BUT-119装载染料分子前后的N2吸附等温线（77 K）；(b) 染料AF、RhB和BR的分子结构和BUT-119晶体装载染料分子前后的颜色和荧光变化

将其晶体浸泡在发绿光（AF）和发红光染料（RhB或BR）混合物的乙醇溶液中，BUT-119可以同时装载两种染料分子。通过小心地调节染料的浓度，可实现MOF内两种染料各自的负载量，及最终材料的荧光性质。其中，AF/RhB@BUT-119（0.18 wt% AF, 0.02 wt% RhB)和AF/BR@BUT-119 (0.012 wt% AF, 0.05 wt% BR）发射出高质量的白色荧光，CRI高达94。将上述实验获得的AF@BUT-119，RhB@BUT-119，AF/RhB@BUT-119涂覆在商用UV-LED上，如图4所示，分别获得了不同颜色的发光体，进一步确认了其实用性。

图4.MOF BUT-119装载染料分子AF+RhB（a）、AF（b）、RhB（c）后涂覆在商用UV-LED上发出的荧光照片

总结/展望

本工作设计并合成了一种具有高孔隙率（85.9%）和高比表面积（BET: 2067 m² g⁻¹）并发强蓝色荧光的新型MOF。将发红色和发绿色荧光的染料同时封装到该MOF的孔洞中，制备了两种白色发光材料AF/RhB@BUT-119和AF/BR@BUT-119，观察到由于MOF与染料分子和不同染料分子之间的有效能量传递，以及由于在MOF孔洞中染料分子聚集引起的发光猝灭受到了极大地抑制，装载染料分子的MOF可在360 nm光激发下发射出高品质的白光，CCT值接近自然太阳光值，具有一定的实用价值。相关论文发表在期刊ACS Materials Letters上，山西大学老师，北京工业大学访问学者李亚平为文章第一作者，李建荣教授、谢林华副教授为共同通讯作者。

该研究得到了国家自然科学基金重点项目和国家自然科学基金创新研究群体项目支持。

通讯作者信息：

李建荣北京工业大学

李建荣，北京工业大学教授，博导，绿色催化与分离北京市重点实验室主任，长期从事新型多孔材料研究，已发表科技论文 300 余篇，SCI 他引 3万余次，参编专著章节 8 章，授权国内外发明专利 40 余件。承担国家自然科学基金委杰青、重点、创新群体，科技部重点研发计划等项目课题。科研成果获国家自然科学二等奖、天津市自然科学一等奖等。入选“万人计划”领军人才、北京战略科学家、“科睿唯安”全球高被引学者 (2017-2021)，获“亚洲杰出科研工作者和工程师奖”等。兼任北京碳中和学会副理事长、《中国化学快报》，《Engineering-Green Chem. Engineering》等期刊编委。

谢林华北京工业大学

谢林华，北京工业大学副教授，2010年在中山大学获博士学位，主要从事新型多孔材料的设计制备及其在环境污染物去除等方面的研究。主持国家自然科学基金青年项目、北京市自然科学基金面上项目、国家重点研发计划项目子课题等。发表SCI收录论文90余篇，他引7000余次，10篇论文入选ESI高被引论文，部分第一/通讯作者论文发表在Chem、Nat. Commun.、Chem. Rev.等重要期刊上，参编中英文专著3部；入选北京市海外高层次人才引进计划、2022全球前2%顶尖科学家榜单等。

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