ACS Nano：金屬有機骨架化合物（MOF）發射白光

【引言】

最近，ACS Nano雜志發表了一篇關于金屬有機骨架化合物(MOFs)發射白光的文章，題為“Electrically Driven White Light Emission from Intrinsic Metal?Organic Framework”，該論文通訊作者為國立臺灣大學物理系的Yang-Fang Chen和中央研究院的Kuang-Lieh Lu。

【成果簡介】

發光二極管(LEDs)由于具有低能耗、壽命長等優點，有巨大的潛力取代傳統照明設備。現如今，白光發光二極管(WLRD)的使用取決于含有稀有元素磷光劑的光子降頻轉換，這大大限制了二極管的使用、能量以及消耗效率。為了解決能源危機和環境困擾，設計一個恰當的白光發光二極管是十分值得的并且仍存在一些挑戰性問題。

為了避免這些存在的困難，在這篇報道中，研究人員已經設計了一款由鍶基金屬有機骨架化合物、{[Sr(ntca)(H2O)2]·H2O}n(1)、石墨烯和無機半導體組成的白光發光二極管，這種二極管是可以發射明亮白光。除了對金屬有機骨架化合物結構適當設計以外，通過結合包括石墨烯獨特性能和金屬有機骨架化合物與半導體之間恰當能帶排列的各種因素，研究人員已經證明了基于金屬有機骨架化合物的二極管是能夠在電驅動下發射明亮白光的。

因為用MOF作為活性物質的場致發光是非常稀有、非常有趣的，該研究就顯得十分重要，對固態照明設備的發展非常有用和及時。

【圖文導讀】

圖1：Sr-MOF的結構和穩定性

(a)：由AAA排列組成的3D金屬有機骨架化合物結構示意圖。

(b)：化合物1的熱重分析(TGA)曲線；

(c)：不同溫度下化合物1的模擬和實驗的PXRD圖譜。

圖2：化合物1的電化學穩定性

(a)：室溫條件下，15V持續電壓下應用6小時前后，混合物1的伏安(I-V)曲線圖，插圖是電化學研究的設備原理圖解；

(b、c)：化合物1的光致發光和拉曼光譜圖，兩個光譜分別是混合物在常溫條件下經歷15V持續電壓前后測試的。

圖3：MOF基的WLED的結構和特點

(a、b)：材料截面的SEM圖像和裝置的原理圖解，這個裝置的PN結是由140nm的ZnO層和位于100nmAg薄膜上140nm的MOF層構成。P型Si/SiO2被用作底層，石墨烯被用作上電極。

(c)：固態照明設備的室溫J-V特點。圖中橫坐標代表電壓，縱坐標代表電流密度。根據J-V曲線我們可以發現，=1.76的時候二極管達到理想狀態。

圖4：設備的場致發光發射性能

(a)：在20和25mA注入電流下設備的場致發光光譜，橫坐標是波長，縱坐標是場致發光強度；

(b)：場致發光發射的CIE圖。圖中的圓圈位于坐標（0.333,0.333）

(c)：場致發光光譜和自然光光譜對比

圖5：化合物1光致發光的機理

(a)：樣品處于226nm波長、38-42W頻率的脈沖激光激發狀態下時的光致發光譜；

(b)：和圖(a)條件對應的CIE圖。圖中出現了和白光值（0.333，0.333）相近的CIE坐標（0.327，0.367）。圖中的插圖是用手機在226nm曝光下拍攝的明亮的白光。

(c)：42W的抽運功率下的MOF樣品的光致發光光譜。激發功率高于39W時，尖峰變的更加明顯，這和金屬間化合物的轉變有關。

(d)：波長266nm、激發功率35W的激光照射下自由有機鏈接的光致發光光譜；

(e、f)：光致發光光譜中不同峰位置上的時間分辨光致發光測量結果和在374nm激光照射下的自由配合基的時間分辨光致發光點。

圖6：設備的運行機制

(a)：25mA注入電流下的電致發光光譜，橫坐標為波長，縱坐標為電致發光光譜強度；

(b)：混合物1的不同顏色發光的示意圖；

(c、d)：設備組成材料示意圖和對應的復合結構的能帶圖

圖7：厚度對量子效率和穩定性的影響

(a)：白色發光二極管中MOF層厚度對量子效率的影響；

(b)：時間對設備量子效率的影響。

【小結】

本文通過將適合的金屬有機骨架化合物、具有獨特性能的石墨烯和半導體結合在一起，發現了金屬有機骨架化合物基白色發光二極管可以產生550nm的白光發射。這在如今能源危機的年代，用MOF作為電致發光材料對未來固態照明設備發展具有重要的意義。

文獻鏈接：Electrically Driven White Light Emission from?Intrinsic Metal?Organic Framework?（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b03030）

本文由材料人編輯部MOF組供稿，材料牛整理編輯。

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