光响应金属有机框架研究进展及其应用展望

随着智能材料的快速发展,光响应金属有机框架(MOFs)引起了研究者的广泛关注。该类智能材料可在紫外线和可见光的交替照射下,实现MOFs在不同形态之间可逆切换,同时伴随着物理和化学性质的改变,在药物运输、气体分离、光控催化和智能传感等领域具有广阔的发展前景。大部分光响应MOFs由光响应配体和金属离子通过配位作用形成,不同的光响应配体使体系具有独特的性质和应用场景。本文综述了近年来光响应MOFs的研究进展,其中包括光响应MOFs材料的主要类型及其在气体分离、物质运输、动态防伪和光电器件等不同领域中的应用。在此基础上,本文针对光响应MOFs未来发展进行了展望。     

光动力疗法中光动力剂量的数学仿真研究

通过建立光动力治疗过程中激光、光敏剂、氧及其相互作用关系的数学模型,对组织中光动力剂量进行了模拟,研究了光动力剂量在组织内部分布变化的规律。模拟了激光剂量为50mW/cm2、100mW/cm2、150mW/cm2,光敏剂质量浓度为10mg/kg、20mg/kg、40mg/kg时光动力剂量变化。研究发现光动力剂量在组织内分布是非线性的,大小受激光强度、光敏剂剂量、氧浓度和组织光学参数等因素的影响,且光敏剂浓度的变化对光动力剂量变化的影响尤为明显。     

光功能纳米材料与肿瘤光学治疗展望EI北大核心CSCD

近二十年来,光功能纳米材料因其具有优越的光热转化与光敏化能力而被广泛研究用于肿瘤光学治疗,并展现出了良好的临床转化潜力。本文结合作者自身的科研经历,展望了基于光功能纳米材料的肿瘤光学治疗在其未来的临床转化过程中所面临的挑战与机遇,倡导相关科学家直面制约肿瘤光学治疗临床转化的若干问题,共同推进肿瘤光学治疗在临床中的应用,早日造福广大肿瘤患者。     

有机金属配合物电致发光材料的研究进展

有机电致发光材料是平板显示领域最有发展前景的材料之一。其中有机配合物应用最早,一般为五元环或六元环结构,性质比较稳定,熔点高,固体荧光效率高,应用十分广泛。将从配体和金属原子发光方面对其近年来在有机EL器件中的应用研究做一综述。     

新兴零维金属卤化物的光致发光与应用研究进展EI北大核心CSCD

零维(0D)金属卤化物是一类新兴的发光材料体系,它们具有独特的“主-客”体结构,即独立的阴离子金属卤化物多面体客体规则有序地分布在有机阳离子或碱金属阳离子形成的主体框架中。这种具有相对较“软”晶格的0D金属卤化物材料的发光主要源于自陷激子(Self-trapped excitons,STEs)复合,其通常呈现出宽带发射,且具有大的斯托克斯位移。通过筛选不同的及多样化构型的金属卤化物多面体,将其与合适的有机阳离子或者Cs+等组合,可形成多种新型结构的0D金属卤化物,并实现丰富的STEs发光特性,其可调节的荧光发射不仅可以覆盖整个可见光区,还可实现单相白光或近红外发光,成为光致发光材料研究领域的一个热点和重点。基于此,本文结合本课题组在该领域的研究工作基础,首先讨论了0D金属卤化物的光致发光机理;其次,介绍了具有不同多面体构型的0D金属卤化物材料的发光特性及应用;最后,总结了0D金属卤化物目前亟待解决的关键科学问题,并对0D金属卤化物的未来发展方向进行了展望。     

基于蒽核的高性能深蓝光“热激子”材料EI北大核心CSCD

蓝光OLED材料是电致发光领域的关键和难点。基于高能激发态转换的“热激子”材料表现出优异蓝光材料的潜能。本文通过调节给受体的推拉电子能力,以蒽为核心构筑单元、三苯基苯为弱给体、苯氰基为受体,设计合成了一种新型D-π-A结构分子TACN。扭曲的三苯基苯提供了高度扭曲的分子构象,有效减弱了聚集态下的猝灭效应,因此TACN表现出高的荧光量子产率(聚集态下47%)。实验结果和理论分析表明,TACN具备“热激子”特征,其大的T_(2)-T_(1)能隙(1.45 eV)有效阻碍了从T_(2)到T_(1)的内转换(IC)过程,而小的T_(2)-S_(1)能差(0.18 eV,T_(2)>S_(1))有利于促进反向系间窜越(RISC)过程。基于TACN的非掺杂器件表现出深蓝色发射(λmax=444 nm),半峰宽(FWHM)为59 nm,色坐标为(0.17,0.13)。其最大外量子效率(EQEmax)为8.3%,相应的激子利用率(EUE)最高为88.7%。     

全功能型有机光折变材料的研究进展

本文综述了全功能型光折变聚合物和小分子材料的研究进展，并详细汇 总了这种材料的热特性，光电和电光特性，及光折变特性参数。基于对材料从分子水平上的设计思想，阐述了这种光折变材料的发展思路。     

基于布洛赫表面波的有机薄膜方向性发光性能EI北大核心CSCD

布洛赫表面波(BSW)是光场局域在光子晶体表面层并沿着表面传播的一种电磁模式。本文在一维光子晶体上制备了PS∶C545T有机发光层,观察到了有机小分子C545T的激子耦合进BSW模式的荧光。通过对半球透镜耦合输出光斑的发光性能研究,分析比较了C545T的常规发光和BSW模式发光的不同特点。结果表明,BSW模式耦合输出环形的光斑,其荧光具有很窄的空间分布、线偏振和光谱角度可调的特性,并与常规辐射模式的光斑明显分离。一维光子晶体上的发光薄膜的辐射跃迁速率存在各向异性的现象,其中BSW模式的荧光具有更快的辐射跃迁速率。利用BSW的上述发光特点有助于开发具有一定方向性的偏振发光器件。     

用于MOCVD的金属有机Ba源的制备及性质研究北大核心CSCD

金属有机化学气相沉积法(MOCVD)能够在长的柔性金属基带上连续、快速、均匀沉积YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜,因而极具开发价值.MOCVD制备YBCO涂层导体的关键技术之一在于金属有机源(MO)的制备.国外化学试剂公司在以2,2,6,6-4甲基-3,5庚二酮(thd)为配体的MO源上技术较为成熟,并已实现商业化生产,但是价格昂贵,其中Ba(thd)2价格约为700元/g.另外,与Y(thd)3和Cu(thd)2相比,Ba(thd)2挥发性、稳定性差且制备困难.本文对金属有机Ba源的制备、稳定性及真空下的蒸发特性进行了研究.通过引入助配体四乙烯基戊胺,该Ba源的蒸发温度比纯的Ba(thd)2更低,稳定性更高,且成本仅为30元/g,对于降低YBCO高温超导带材的制备成本具有重要意义.采用该Ba源制备的300nm厚YBCO薄膜的Jc达到2.0MA/cm2(77K,0T),表明其具有很好的实用性.     

基于共价有机聚合物空穴注入层的钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

卤化物钙钛矿(ABX)量子点及其发光器件具有色纯度高、外量子效率高以及在可见光范围内可调等特点,近年来在照明、显示等领域中展现出巨大潜力。然而,钙钛矿量子点发光二极管(PeQLEDs)的稳定性正成为制约其商业应用的最大障碍,除了钙钛矿发光层本身的稳定性问题之外,传输层的水氧稳定性问题也不可忽略。为了解决这一发展过程中的难题,我们提出了基于氮唑类单体构筑共价有机聚合物材料(COP-N)替代传统的PEDOT∶PSS作为空穴注入层材料的新型PeQLEDs。我们发现COP-N具有本征的水氧稳定性,且与PVK之间的空穴注入势垒更小。这些特性使得基于COP-N的PeQLED在取得比PEDOT∶PSS更好发光效率的同时实现了近2倍的稳定性提升。我们认为,这种共价有机聚合物有望成为新型的空穴注入材料,实现高效稳定的钙钛矿电致发光,促进钙钛矿发光器件的发展。     

一种在室温下具有强磁介电耦合的钙钛矿型金属有机框架介电材料

磁电耦合材料在下一代存储器件中具有巨大的潜在应用, 其中钙钛矿型多铁性金属有机框架材料因其易于实现对磁性和电性的调控而受到广泛关注. 在这项工作中, 我们将Cr2+ 引入到[NH4 ][Mn(HCOO)3 ]晶体框架中. 当Cr2+ 掺杂比例为2.38%时, 铁电有序温度从零掺杂的231 K 上升到270 K, 在外加5 T 磁场作用下, 其铁电有序温度从零场的270 K 提高到296 K, 磁介电系数达到154%, 金属有机框架表现出明显的磁介电效应. 这个结果表明, 引入Cr2+ 离子作为晶体结构的构建块, 是合成具有较高磁介电耦合效应材料的一种可行性方法.     

大气颗粒物近前向光散射特性研究EI北大核心CSCD

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用,建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置,通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算,得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系,结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量,借助米散射理论计算,可以获得较为准确的响应度数值,并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标,测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度,需要约2.5倍的修正。     

光煤互补发电的效率相对收益率评价EI北大核心CSCD

太阳能与化石燃料互补的评价准则对系统集成开拓与设计优化至关重要,传统热效率、效率等难以科学评估多能源互补特性,不适于作为设计优化目标函数。本文基于热力学基本方程和互补系统特征,提出了太阳能互补收益率的评价准则,体现出与传统燃煤电站热力循环耦合,太阳辐照转功效率的提升程度。应用新准则分析实际光煤互补案例,提出了光煤互补集成原则和方法。该准则简便、合理,为太阳能互补发电的系统集成与优化提供了有效工具。     

基于氟代苯乙胺有机阳离子的准二维钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

近年来,钙钛矿发光二极管(PeLEDs)发展非常迅速,其性能得到了大幅提升,而构筑具有量子阱结构的准二维钙钛矿是开发高性能PeLEDs的有效方法之一。大尺寸有机阳离子是构成准二维钙钛矿的关键组分,对调节准二维钙钛矿的薄膜结构和光电性质具有重要作用。本文通过在铯铅卤化物(CsPb X3)钙钛矿中引入两种单氟取代的溴化苯乙胺(o-FPEABr(邻位取代)和p-FPEABr(对位取代)),采用无反溶剂的一步法制备了准二维钙钛矿薄膜和发光器件,研究了它们对准二维钙钛矿成相分布和器件性能的影响。研究发现,pFPEABr使准二维钙钛矿形成了大量的低维相,特别是具有强激子-声子耦合的二维相,而高维相含量较少。相反地,o-FPEABr能够有效地抑制低维相,并促进高维相的形成,有利于降低非辐射复合和提高辐射复合。形成能计算结果显示,基于p-FPEABr的低维相比基于o-FPEABr的低维相具有更好的热力学稳定性,导致了准二维钙钛矿中成相分布的差异,表明改变氟原子的取代位置能够调控准二维钙钛矿的结晶动力学过程,进而影响器件的发光性能。基于o-FPEABr,我们制备出高效的绿光和蓝光PeLEDs。其中绿光器件的最大外量子效率(EQE)达到了10.27%,发光峰位于521 nm;而蓝光器件的最大EQE也达到了8.88%,发光峰位于488 nm。     

调控空穴传输层的分子取向提高有机发光二极管性能EI北大核心CSCD

有机发光二极管(OLED)器件性能的提高一直是有机电致发光领域备受关注的研究课题之一,通过优化OLED器件中的载流子平衡是提高OLED器件性能的一个非常重要的手段。但是,调控空穴传输层或电子传输层中的分子取向,从而优化器件中的载流子平衡未被关注。本文通过对空穴传输层进行不同温度的退火处理来改变空穴传输层中的分子取向,研究分子取向对其空穴迁移率和OLED器件性能的影响。研究发现,退火温度的升高使得空穴传输层中具有垂直取向的分子的比例增加,促进了空穴迁移率的提高。当把具有不同分子取向的空穴传输层应用于OLED器件时,可以清楚地观察到载流子平衡因子对器件性能的影响。     

量子点修饰Ln-ZIF杂化材料的构筑及其对单宁酸的荧光检测EI北大核心CSCD

采用一步水热法制备了一种具有新型褶皱球结构的镧系金属Eu3+掺杂的金属有机骨架材料Eu/ZIF-67,并进一步通过配位键合的方式将ZnO量子点负载到Eu/ZIF-67的表面,形成了一种类沸石咪唑酯骨架的双发射荧光杂化材料Eu/ZIF-67@ZnO QDs。通过对材料的结构、形貌以及荧光传感性能表征分析,发现该荧光材料具有ZnO量子点和镧系红光铕离子的双重荧光发射。此外,进一步探究了Eu/ZIF-67@ZnO QDs对单宁酸的荧光传感性能。结果表明,单宁酸能够有效猝灭Eu/ZIF-67@ZnO QDs在ZnO QDs处的特征荧光发射,检出限为0.029 9μmol/L。同时,Eu/ZIF-67@ZnO QDs对单宁酸的荧光响应具有抗干扰能力,可作为一种经济高效的荧光传感器来特异性识别单宁酸。     

氧化石墨烯-卟啉复合材料光限幅性能的理论研究

利用时域有限差分法数值求解速率-场强方程,研究了一系列共价连接的氧化石墨烯-卟啉复合材料在纳秒时域内的光限幅性质和双光子吸收. 计算结果表明,氧化石墨烯-卟啉复合分子与单独的卟啉分子相比展现出增强的光限幅效应,并且有着更大的双光子吸收截面.与之前得到的含重金属的卟啉分子具有更强非线性光学性质的结论不同,不含金属元素的卟啉分子与氧化石墨烯结合后展现出了更强的非线性光学性质. 理论计算的结果与实验测量符合较好. 此外,着重研究了介质的厚度和脉冲宽度对分子双光子吸收截面的影响. 结果表明,随着介质厚度的增加或者脉宽的变宽分子的动态双光子吸收截面增大.     

基于飞秒光梳互相关的空间精密测距理论模型分析EI北大核心CSCD

飞秒光梳的出现为实现高精度绝对距离测量提供了诸多有效方法,并有望直接应用于激光雷达、卫星编队飞行和空间引力测量等空间探测任务。从未来空间精密测距的精度需求出发,提出在飞行时间法辅助测距的基础上利用光学脉冲互相关分析技术将目标距离测量直接溯源到光梳重复频率的测量方法,建立了飞秒光梳测距基本模型,进行了飞秒脉冲互相关理论分析,并开展了互相关及测距仿真实验。仿真结果表明,在目标距离为10 km以及重复频率扫描精度0.01 Hz条件下,进行非模糊量程内线性测距的测量精度优于450 nm,测距残余误差的峰谷(PV)值为780 nm,验证了该方法实现亚微米级甚至纳米量级大量程空间精密测距的可行性。