金属有机框架材料结构与非线性光学机理关联性研究

As a recently emerged class of inorganic-organic hybrid crystals, metal-organic frameworks (MOFs) are widely investigated for a myriad of applications as they often combine the advantages of metal ions and organic spacers. Nonlinear optical processes have been reported recently, such as fluorescence, two/multi-photon absorption, and second/third-harmonic generation. However, the mechanisms of nonlinear optical properties in MOFs crystals have not been studies systematically.. In this proposal, we aim to investigate a series of zinc or lanthanide-based MOFs using ligands with nonlinear optical properties. The structures of MOFs crystals can be one, two or three dimensions. One single or a pair of ligands are aligned in the frameworks. The type of organic ligands and the crystal structures may influence the nonlinear properties of MOFs. The MOFs crystals are excited in the femto-second laser field and the nonlinear optical signals can be collected. The nonlinear optical results of varies of MOFs can be classified according to their structures. The structural-properties relationship study can be determined by both the experimental results and the theory analysis. This series of MOFs have excellent properties in illumination and nonlinear optics. The studies on the mechanism of lighting in MOFs will have positive feedback in the synthetics of nonlinear optical materials.

金属有机框架材料（MOFs）作为一种无机-有机结合体可以兼有二者的光学性质。具有非线性效应的MOFs晶体是一种新兴的光学材料，已经报道的非线性现象有很多，如双光子吸收、多光子吸收、二次谐波、三次谐波等，但是对MOFs晶体结构与非线性效应之间的关联性及发光机理的深入研究却不多。本项目计划系统研究一类具有非线性效应的MOFs晶体，通过光学实验与计算分析探究晶体结构与非线性效应间的关系。该类MOFs晶体以Zn离子或镧系元素为金属节点，以具有非线性效应的有机分子为框架配体连接，框架可设计为一维、二维或三维，配体连接可为单链或双链。按照晶体结构对MOFs晶体的非线性光学实验结果进行分类归纳总结，并对MOFs晶体非线性效应的物理机理进行研究。该系列MOFs晶体的发光效率及非线性系数很高，研究发光机理可以优化MOFs晶体的设计结构及元素选择，对非线性材料合成有很好的指导意义。

本项目研究具有非线性光学特性的金属有机框架类材料（MOFs）。金属有机框架材料是金属离子（或团簇）与有机分子结合形成的复合材料，选择合适的金属离子与有机配体可以获得兼有无机与有机发光特性的晶体材料。本项目研究的材料为MOF的一个亚类，沸石咪唑框架材料（ZIFs）。该类晶体具有很好的物理、化学特性，其外部窗口与内部孔隙尺寸、拓扑结构可调谐，可作为光功能单元的结构基底，具有很好的光学应用前景。由于ZIF晶体优异的拓扑结构，可以作为发光量子点的框架载体获得具有光学特性的复合材料。本项目制备了一系列的ZIF晶体结构，实现了ZIF晶体形态和尺寸调控。通过将框架材料与发光基团结合的方式获得具有非线性光学性质的MOF材料。发光材料选择钙钛矿量子点，将钙钛矿量子点与ZIF晶体通过不同方式复合，获得具有非线性特性的复合晶体。通过该方式获得的复合材料具有很高的热稳定性和化学稳定性，避免了钙钛矿材料的聚集性淬灭，提高了材料的非线性光学效应。.本项目成功制备了具有多重非线性响应的复合材料，该类材料具有多光子吸收特性，在飞秒激光作用下，实现了双光子、三光子、四光子、五光子吸收。该类材料还具有近红外飞秒激光作用下的高效三次谐波效应。该复合材料相比于纯的钙钛矿材料，有效吸收截面提高了三个数量级。非线性系数提高的机理可以归因为两类原因：一是由于框架结构将钙钛矿分子隔离开，产生“固体溶液”的作用，减少了聚集淬灭效应，并且提高了热稳定性和化学稳定性；另一个原因是MOF结构的表面钝化效应和过渡金属离子之间的能量转移，提高了材料的非线性系数。

内容获取失败，请点击重试