稀土金屬-有機框架微納材料：構建光波導和手性偏振新體系

在稀土功能材料領域，鑭系金屬-有機框架(Ln-MOFs)是一類重要的有序晶態化合物，具有豐富的電子結構和優良的光物理性質（如特徵發射峰尖銳、發光效率高等特點）。近年來，Ln-MOFs發光材料在生物成像、光學防偽、感測器、光纖通訊、激光系統等領域具有重要的應用價值，引起了研究者們的極大關注。通常而言，分子基功能材料的光學性質不僅依賴於分子內/分子間激發態過程（如激子產生、遷移、轉化、複合和分離），還取決於材料形狀、尺寸和維度。後者通過反射、折射和衍射極大地影響該類材料的光學行為。

在過去二十年中，一維微納材料由於其獨特的物理化學性質和在微納器件領域中的應用受到廣泛關注。例如，微納尺度光波導材料由於在光通訊領域的應用引起了研究者的極大興趣。到目前為止，關於光波導材料的研究主要集中於無機半導體、有機發色團和高分子聚合物材料。理論上講，Ln-MOFs可以作為一種潛在的新型光波導材料，主要基於以下設想：（1）通過選擇有機發色團和不同稀土離子可以實現高量子產率和發光顏色可調；（2）有機配體和稀土離子在空間的有序排列可以減少光傳輸過程中的能量損失；（3）相對於純有機體，金屬-有機雜化體具有較高的光穩定性。然而，目前關於微納尺度Ln-MOFs光輸運材料的研究還鮮有報道。

基於以上科學問題和應用需求，北京師範大學化學學院閆東鵬教授和中科院化學所趙永生研究員合作，通過選擇合適的分子磷光體做為天線配體以實現稀土離子高效敏化，採用溶劑熱法合成出晶型同構以及具有手性空間群的一維Ln-MOFs微米棒。研究結果表明，選擇或摻雜不同的Eu/Tb稀土離子，可以使Ln-MOFs具有不同的發光顏色（綠、橙、紅）。由於能級匹配，磷光配體對稀土離子具有很好的敏化效果，同時稀土離子的共摻雜有利於稀土離子之間的高效能量傳遞。所合成的Ln-MOFs展現了高的發光量子產率（25.85%，58.84%和61.71%）和長時發光壽命（0.806，1.435和1.900 ms）。

基於Ln-MOFs良好的發光性能和易於觀察的光波導行為，研究者進一步利用空間分辨光譜分析技術對Ln-MOFs微米棒的光波導性能進行研究。這些微米尺寸Ln-MOFs的光損失（波導損失係數在0.012~0.033 dB/μm之間）小於已報道的多數有機發色團，並接近於無機材料。同時，這些手性Ln-MOFs還體現出高各性異性的線性偏振和手性偏振光發射。

研究者認為，此項工作將促進稀土化合物在微納尺度光功能材料的研究，並為該類一維稀土材料在光通訊和偏振發光領域的應用提供新的思路。相關研究工作發表在近期出版的Angewandte Chemie International Edition（DOI : 10.1002/anie.201703917）上，並被期刊評選為Very Important Paper。

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