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[材料资讯] 呼凤琴课题组:基于一维多色镧系MOFs异质结的光子学条形码

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发表于 4 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
随着商品经济的发展,假冒伪劣产品给国家与人民的安全产生了巨大的威胁。发展一种易于识别且不易复制的防伪标签对于保障商品的可靠性具有非常重要的意义。微纳米光子学条形码因其具有小尺寸且易于识别的特点,而被广泛应用到数据存储及防伪领域。一维多段异质结因其具有易于识别的图案特征,在构筑多色光子学条形码领域展示了巨大的潜力。

MOFs异质结

MOFs异质结
近日我院呼凤琴副教授课题组和中国科学院化学研究所赵永生研究员课题组合作,利用镧系金属有机框架化合物(Ln-MOFs)的可控外延生长制备了一系列一维多色异质结,有效构筑了一整套光子学条形码。由于不同的镧系离子MOFs结构具有相似的晶体构型,从而可有效地避免构筑异质结过程中晶型不匹配的问题。因此,通过合理调控异质外延生长方法,他们精准制得了多种颜色组合的Ln-MOFs异质结。Ln-MOFs异质结中不同区域的独特发光特征以及镧系离子锐利发射峰构成了MOFs异质结的指纹信息,通过集成光谱编码与图形编码从而构筑了一整套光子学条形码。进一步通过调控外延生长方法可控制备了具有不同编码信息的Ln-MOFs异质结构,从而保证所构筑的光子学条形码具有极大的编码容量。MOFs结合了无机化合物优异的热稳定性以及有机半导体易于柔性制备的优势。基于这种独特的异质外延合成方法及编码方式赋予了光子学条形码额外的安全属性,因此在防伪领域应用具有巨大的应用潜力。
该研究成果近期发表在国际著名期刊《德国应用化学》 (Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201907433): Heteroepitaxial Growth of Multiblock Ln-MOF Microrods for Photonic Barcodes。北京师范大学为第一完成单位,北京师范大学硕士生姚依男和中国科学院化学所高振华博士为共同第一作者。(文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/ange.201907433

呼凤琴,博士,北京师范大学化学学院副教授,2002年在陕西师范大学获得学士学位,2007年在中国科学院化学研究所获得博士学位。2007-2010年在Northwestern University(美国)从事博士后研究工作。2010年回国到北京师范大学工作,研究方向是无机纳米功能材料的制备、性质及应用。先后在Adv. Mater., Chem. Commun., Nanoscale, J. Phys. Chem. C等学术刊物上发表SCI 研究论文12篇,此外,还有一项美国授权发明专利和两项中国授权发明专利。现主持国家自然科学基金青年基金、北京市自然科学基金面上项目、教育部留学回国人员科研启动基金和北京分子科学国家实验室开放课题基金各一项。参与国家自然科学基金面上项目一项。另外,北京师范大学自主科研基金和北京师范大学青年科学基金已经顺利结题。教学方面,承担的课程主要包括:《高等无机化学》、《化学基础实验II》和《无机及分析化学实验》。此外还讲授夜大的《食品添加剂》和校际通识选修课《化学与生命》。现主持北京师范大学教学建设与改革项目一项:《普通化学原理》课程教学探索。

赵永生,2009年10月入选中科院化学所“百人计划”,2011年获国家杰出青年科学基金,2013年百人计划结题优秀。主要从事有机纳米光子学的研究,包括低维有机晶体材料的控制合成与光子学性质,以及基于低维有机复杂材料体系的光子学元件。在低维有机光子学材料与器件的结构设计、可控制备及光与物质的相互作用原理方面做出重要贡献,解决了纳米尺度下光子操纵及光子器件性能调制的难题。

MOFs是金属有机骨架化合物(英文名称Metal organic Framework)的简称。是由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接,形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。MOFs是一种有机-无机杂化材料,也称配位聚合物(coordination polymer),它既不同于无机多孔材料,也不同于一般的有机配合物。兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征。使其在现代材料研究方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。
       金属有机骨架是由含氧、氮等的多齿有机配体(大多是芳香多酸和多碱)与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物。早在20世纪90年代中期,第一类MOFs就被合成出来,但其孔隙率和化学稳定性都不高。因此,科学家开始研究新型的阳离子、阴离子以及中性的配位体形成的配位聚合物。目前,已经有大量的金属有机骨架材料被合成,主要是以含羧基有机阴离子配体为主,或与含氮杂环有机中性配体共同使用。这些金属有机骨架中多数都具有高的孔隙率和好的化学稳定性。由于能控制孔的结构并且比表面积大,MOFs比其它的多孔材料有更广泛的应用前景,如吸附分离H2 、催化剂、磁性材料 和光学材料 等。另外,MOFs作为一种超低密度多孔材料,在存储大量的甲烷和氢等燃料气方面有很大的潜力,将为下一代交通工具提供方便的能源。

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