近日，理学院化学系孙丽宁教授团队在稀土金属有机框架领域取得重要进展，相关研究结果在国际高水平期刊《Advanced Functional Materials》（JCR和中科院一区Top）上发表题为“Enhancement of Luminescence from Lanthanide Metal-Organic Frameworks by Ytterbium and Calcium Doping: Application to Photonic Barcodes and Fingerprint Detection”的研究论文。上海大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。
近年来，稀土金属有机框架材料的研究取得了巨大的发展，在生物医学成像、防伪标签、发光器件等领域具有重要的应用价值。稀土金属有机框架由稀土离子和有机配体组装而成，其中有机配体常用作天线来吸收激发光能量并传递给稀土离子，实现高效的稀土下转移发射，通常，其发光调控历来主要依赖于有机配体结构的功能化。然而，有机配体的功能化与分离纯化是一个耗时的过程。
上海大学理学院化学系孙丽宁教授课题组设计合成了一系列以稀土 Eu3+ 离子为金属发光中心的稀土金属有机框架材料（Ln-MOFs），并通过逐步分别掺入惰性的 Y3+ 和 Ca2+ 离子，实现了Eu3+ 离子红光发射的有效提高。该团队通过实验和理论计算相结合，对掺杂Ln-MOFs的结构和能量传递机理进行了系统的表征和研究，证明了红光增强与 Ln-MOFs 中 Eu3+ 的局部电场变化密切相关；Y3+ 掺杂和低水平 Ca2+ 掺杂显著改变了HOMO 和 LUMO轨道的分布，减弱了Eu3+之间的浓度猝灭并增强了配体到稀土离子的能量转移过程。在紫外光激发下，掺杂10% Eu3+、89% Y3+ 和 1% Ca2+ 的 Ln-MOFs的发射增强效果最好。
因此，该团队通过掺杂价格更低的Y3+和Ca2+离子来实现稀土Eu3+发光的增强，可直接降低生产成本，进而扩大应用范围。此外，利用得到的系列Ln-MOFs，该团队成功地进行了光子条形码与指纹识别的应用研究。该研究为优化稀土金属有机框架中稀土离子的发光性能提供了一种崭新且低成本的方法。
该研究工作由上海大学和澳大利亚悉尼科技大学合作完成，该论文第一作者为2022级博士生陈嘉博，共同第一作者为李木森博士，孙丽宁教授是唯一通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金及上海市国际科技合作项目的大力支持和资助。
论文链接： https://doi.org/10.1002/adfm.202315276
