中科院福建物構所Adv. Mater.：白光發光二極管-嵌入紅綠藍熒光染料的MOF

Mr_PSP 6年前 (2017-08-25) 7496瀏覽

【引言】

白色發光二極管 (WLEDs)由于其高效、節能、環保、結構小巧、使用壽命長等優點，逐漸成為新一代綠色環保照明光源，被廣泛應用于人們生產生活的各個領域。制備WLEDs最直接的方法是將紅、綠、藍發光二極管芯片整合在一起發白光，但是這種三芯片法制備工藝復雜且造價高；其次，紫外（或藍光）LED激發三基色（RGB）（或黃光）熒光粉產生白光是另一種可行方案，但仍然具有顏色穩定性不好，顯色性差等問題。通過紫外光激發單相白光熒光粉產生白光可解決以上問題，被認為是制備WLEDs的最有應用前景的方法。因此，新型單相白光熒光粉的設計合成成為近年來的研究熱點。金屬-有機框架化合物（MOFs）由于具有結構多樣性、多孔性、高比表面積、孔道可調等獨特的優點，它們在許多領域都展現出了潛在的應用前景。近年來單相白光MOFs材料的研究發展迅猛，但還有很多難題亟待解決，如缺乏具有設計性和普適性的合成方法，白光的綜合指標不高等。

【成果簡介】

近日，中科院福建物構所結構化學國家重點實驗室的吳新濤院士與朱起龍研究員（青年千人）作為共同通訊作者在Adv. Mater.上發表了題為“Introduction of Red-Green-Blue Fluorescent Dyes into a Metal–Organic Framework for Tunable White Light Emission”的文章。該工作利用一種新型的中性MOF——HSB-W1，將離子型或中性紅、綠、藍熒光染料分別引入其孔道中，得到了相應的紅、綠、藍色發光的MOFs復合材料；在HSB-W1中同時引入紅/綠/藍三基色客體染料分子，通過調節它們的含量以及種類，制備出了一系列白光可調的MOFs復合材料。該材料產生的白光接近于國際照明委員會(CIE)的理想白光坐標，顯色指數(CRI)高達92，量子產率高達26%以及溫和的色溫(CCT)。藍光發光客體的引入不僅擴大了可供選擇的MOFs主體的范圍，還使得產生的白光具有更強的可調性和更高的品質。該方法可廣泛用于其它單相白光發射材料的設計和制備。

【圖文導讀】

圖一. HSB-W1及HSB-W1?dyes復合材料的合成法

圖二. 染料分子結構及嵌入染料分子的HSB-W1的XRD表征

a. 熒光染料分子結構示意圖；

b. HSB-W1及嵌入染料分子后HSB-W1的XRD表征（i, 模擬圖; ii, HSB-W1; iii, HSB-W1?DCM/C6/CBS-127; iv, HSB-W1?DCM/C6a/CBS-127; v, HSB-W1?DSM/C6/CBS-127; vi, HSB-W1?DSM/C6/KSN）。

圖三. 不同染料客體含量的HSB-W1?dye的發光光譜及相關CIE坐標

a. HSB-W1和HSB-W1?DCM（A. 0, B. 0.004 wt%, C. 0.02 wt%, D. 0.04 wt%, E. 0.15 wt%, F. 0.31 wt%）365 nm紫外光激發下的發射光譜；

b. HSB-W1和HSB-W1?C6（A. 0, B. 0.003 wt%, C. 0.01wt%, D. 0.02 wt%, E. 0.04 wt%）365 nm紫外光激發下的發射光譜；

c. HSB-W1和HSB-W1?CBS-127（A. 0,B. 0.0005 wt%, C. 0.001 wt%, D. 0.02 wt%, E. 0.03 wt%）365 nm紫外光激發下的發射光譜；

d. HSB-W1?DCM (DCM, 0.31 wt%), HSB-W1?C6(C6, 0.04 wt%) 和HSB-W1?CBS-127 (CBS-127, 0.03 wt%) (λex = 365 nm)的CIE坐標。

圖四. 三組分染料嵌入HSB-W1后不同波長激發光下的發射光譜

a. 為HSB-W1?DCM/C6/CBS-127 (0.003 wt% DCM, 0.002 wt% C6, 0.0005 wt% CBS-127) 365 nm紫外光激發下的發射光譜，內置小圖為其CIE坐標；

b. 為HSB-W1?DCM/C6/CBS-127 (0.03 wt% DCM, 0.03 wt% C6, 0.03 wt% CBS-127)在不同波長（325-390 nm）紫外光激發下的發射光譜，內置小圖為其在365nm 激發光下的CIE坐標。

圖五. 其它紅-綠-藍發光染料客體分子組合的HSB-W1?dyes在不同波長激發光下的發射光譜

a. 為HSB-W1?DCM/C6a/CBS-127 (0.03 wt% DCM, 0.02 wt% C6a, 0.02 wt% CBS-127)在不同波長（300-385 nm）激發光下的發射光譜；

b. 為HSB-W1?DCM/C6a/CBS-127 (0.03 wt% DCM, 0.02 wt% C6a, 0.02 wt% CBS-127)在365nm 激發光下的CIE坐標；

c. 為HSB-W1?熒光染料365 nm激光激發的發射光譜：A, DSM/C6/CBS-127(0.02 wt% DSM, 0.04 wt% C6, 0.03 wt% CBS-127), B, HSB-W1?DSM/C6/KSN (0.02 wt% DSM, 0.01 wt% C6, 0.01 wt% KSN)；

d. 與c圖中對應材料的CIE坐標。

圖六. 包覆HSB-W1?熒光染料前后LED發光變化

a. 打開狀態下的365nm紫外LED照片；

b. 關閉狀態下，包覆HSB-W1?DCM/C6/CBS-127(0.03 wt% DCM, 0.03 wt% C6, 0.03 wt% CBS-127) 365nm紫外LED照片；

c. 打開狀態下，包覆HSB-W1?DCM/C6/CBS-127(0.03 wt% DCM, 0.03 wt% C6, 0.03 wt% CBS-127) 365nm紫外LED照片。

【展望】

基于目前繁多的MOFs和各種熒光分子，它們的有效地組合可獲得大量具有白光發射的復合材料。該MOFs白光材料的設計合成方法具有很強的普適性，可用于其它優越的單相白光復合材料的制備并應用于WLED。

文獻鏈接：Introduction of Red-Green-Blue Fluorescent Dyes into a Metal–Organic Framework for Tunable White Light Emission (Adv. Mater. , 2017, DOI: 10.1002/adma.201700778.)

朱起龍簡介：朱起龍，博士生導師，研究員，青年千人，課題組長。2012年畢業于中國科學院福建物質結構研究所獲博士學位，2012-2017年在日本產業技術研究所進行博士后研究工作，長期從事各種多孔材料的催化研究。2017年3月以高層次人才引進到中科院福建物質結構研究所工作，任研究員和課題組長，主要從事多孔材料在催化和綠色能源方面的研究。先后獲得日本學術振興會（JSPS）基金（2013年）、中國科學院海西研究院“百人計劃”（2017年）、中組部第十三批“千人計劃”青年項目（2017年）等。迄今，在SCI期刊上發表原創性論文60余篇，多篇入選ESI高被引（top 1%）和ESI熱點（top 0.1%）論文，他引2000多次，H因子21。研究成果以第一/通訊作者身份發表在Chem (Cell Press)、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、ACS Energy Lett.、ACS Catal.、Chem. Sci.等高檔次雜志期刊上，多篇論文被選為期刊封面或熱點論文，并被Science Daily，Science Newsline，Nanotechnology Now，R&D等眾多科學媒體作為研究亮點和重大突破來報道。

課題組網頁：http://www.fjirsm.cas.cn/research/R1/zql/

ResearcherID: http://www.researcherid.com/rid/B-9257-2012

Tel：0591-63173129； E-mail：qlzhu@fjirsm.ac.cn

?代表性論文：（*代表通訊作者，?代表共同第一作者）

  1. Qi-Long Zhu and Qiang Xu*, Immobilization of Ultrafine Metal Nanoparticles to High-Surface-Area Materials and Their Catalytic Applications, Chem, 2016, 1, 220-245.
  2. Qi-Long Zhu and Qiang Xu*, Metal-Organic Framework Composites, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 5468-5512. (Front-cover paper and Hot paper)
  3. Yuehong Wen, Tianlu Sheng, Xiaoquan Zhu, Chao Zhuo, Shaodong Su, Haoran Li, Shengmin Hu, Qi-Long Zhu,* and Xintao Wu*, Introduction of Red-Green-Blue Fluorescent Dyes into a Metal-Organic Framework for Tunable White Light Emission, Adv. Mater., 2017, 29, DOI: 10.1002/adma.201700778.
  4. Qi-Long Zhu?, Wei Xia?, Tomoki Akita, Ruqiang Zou* and Qiang Xu*, Metal-organic framework-derived honeycomb-like open porous nanostructures as precious-metal-free catalysts for highly efficient oxygen electroreduction, Adv. Mater., 2016, 28, 6391-6398. (Hot paper)
  5. Qi-Long Zhu, Nobuko Tsumori and Qiang Xu*, Immobilizing Extremely Catalytically Active Pd Nanoparticles to Carbon Nanospheres: A Weakly-Capping Growth Approach, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 11743-11748. (Press-release paper)
  6. Qi-Long Zhu, Jun Li and Qiang Xu*, Immobilizing Metal Nanoparticles to Metal–Organic Frameworks with Size and Location Control for Optimizing Catalytic Performance, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 10210-10213.
  7. Qi-Long Zhu and Qiang Xu*, Liquid organic and inorganic chemical hydrides for high-capacity hydrogen storage, Energy Environ. Sci., 2015, 15, 478-512.
  8. Fu-Zhan Song?, Qi-Long Zhu?, Xinchun Yang, Wen-Wen Zhan, Pradip Pachfule, Nobuko Tsumori, and Qiang Xu*, Metal-Organic Framework-Templated Porous Carbon-Metal Oxide/Reduced Graphene Oxide as Superior Support of Bimetallic Nanoparticles for Efficient Hydrogen Generation from Formic Acid, Adv. Energy Mater., 2017, DOI: 10.1002/aenm.201701416.
  9. Qi-Long Zhu?, Wei Xia?, Li-Rong Zheng, Ruqiang Zou*, Zheng Liu and Qiang Xu*, Atomically Dispersed Fe/N-Doped Hierarchical Carbon Architectures Derived from a Metal–Organic Framework Composite for Extremely Efficient Electrocatalysis, ACS Energy Lett., 2017, 2, 504-511. (Hot paper)
  10. Qi-Long Zhu, Di-Chang Zhong, Umit B. Demirci and Qiang Xu*, Controlled synthesis of ultrafine surfactant-free NiPt nanocatalysts towards efficient and complete hydrogen generation from hydrazine borane at room temperature, ACS Catal., 2014, 4, 4261-4268.
  11. Fu-Zhan Song?, Qi-Long Zhu?, Nobuko Tsumori and Qiang Xu*, Diamine-Alkalized Reduced Graphene Oxide: Immobilization of Sub-2 nm Palladium Nanoparticles and Optimization of Catalytic Activity for Dehydrogenation of Formic Acid, ACS Catal., 2015, 5, 5141-5144.
  12. Qi-Long Zhu, Nobuko Tsumori and Qiang Xu*, Sodium Hydroxide-Assisted Growth of Uniform Pd Nanoparticles on Nanoporous Carbon MSC-30 for Efficient and Complete Dehydrogenation of Formic Acid under Ambient Conditions, Chem. Sci., 2014, 5, 195-199.

本文由材料人編輯部納米組Mr_PSP供稿，材料牛整理編輯。

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