[发明专利]一种自旋交叉-上转换纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

一种自旋交叉‑上转换纳米复合材料及其制备方法和应用，属于自旋交叉配合物材料领域。所述自旋交叉‑上转换纳米复合材料由自旋交叉配合物和上转换纳米发光材料通过配位键结合而成，结构式为UCNPs@SCO，其中SCO为自旋交叉配合物，所述自旋交叉配合物为含有活性官能团的单核亚铁化合物，UCNPs为上转换纳米发光材料，用于探索近红外光激发对自旋交叉行为的调控。该方法操作简单，条件温和，能够在室温常压条件下，实现固体状态单分子水平上的低能量光致自旋交叉行为，所述材料用于信息储存，分子开关，分子显示等分子电子器件中。

技术领域

本发明属于自旋交叉配合物材料领域，更具体地，涉及一种自旋交叉-上转换纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

自旋交叉现象是分子基磁性材料中一个引人瞩目的研究领域。自旋交叉配合物在热、压力或光诱导自旋交叉现象的同时可能伴随着其他一系列协同效应，如磁行为、介电常数、化合物颜色等物理化学性质的改变，以及存在着大的热滞后效应等。与其他类型的双稳态材料相比，自旋交叉材料相应的过渡金属中心离子内的电子跃迁不同于离子间的电子转移或键合异构体的键转移，不会出现任何种类的疲劳效应，且自旋交叉现象可以按照需要任意重复而不改变材料本身。

自旋交叉材料研究的最终目标是使这类材料达到实用化，实用化的最理想条件是自旋交叉发生在常温常压条件下。然而，跟热诱导自旋交叉相比，光诱导具有响应时间短、能耗低、选择性高的优点，因而更具有实用价值。光诱导一个理想的状态是在单分子水平上实现光致自旋交叉，这就是 LIESST（ Light induced excited spin state trapping）效应。然而，LIESST 效应具有明显的缺点：通常在 50K 以下才能实现，且激发的 HS 状态会迅速衰减到 LS 状态。而研究发现把“具有特殊结构”的单分子自旋交叉配合物通过化学反应（形成共价键或配位键），与能够在“简单刺激”下发射出高能量光（紫外、可见、荧光等）的上转换纳米发光材料结合起来，是一种极具优势的解决方案。

上转换纳米发光材料（β-NaYF₄:TmYb, β-NaYF₄:ErYb, β-NaYF₄:HoYb, β-NaYF₄:PrYb 等）通常能够将 980nm 的近红外光上转换为 200-800nm 范围内的高能量光。当这种高能量光和晶体场分裂能Δ匹配时，就可以引发自旋交叉。而且，上转换发光材料具有：狭窄的发射带宽、长的发光寿命、可调节的发射光谱、高的光稳定性、相对低的细胞毒性以及高的成像灵敏度等优点，因而具有较高实用价值。上转换材料已在显示显像、新器件、新材料、信息安全和生物医学等领域进行了大量的应用研究。然而，上转换纳米发光材料与自旋交叉材料组装成多功能协同的复合材料并在单分子水平上实现光致自旋交叉的研究还未见报道。

发明内容

解决的技术问题：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种自旋交叉-上转换纳米复合材料及其制备方法和应用，该方法操作简单，条件温和，能够在常温常压条件下，实现固体状态单分子水平上的低能量光致自旋交叉行为，所述材料用于信息储存，分子开关，分子显示等分子电子器件中。

技术方案：一种自旋交叉-上转换纳米复合材料，所述自旋交叉-上转换纳米复合材料由自旋交叉配合物和上转换纳米发光材料通过配位键结合而成，结构式为UCNPs@SCO，其中SCO为自旋交叉配合物，所述自旋交叉配合物为含有活性官能团的单核亚铁化合物，UCNPs为上转换纳米发光材料，用于探索近红外光激发对自旋交叉行为的调控。

作为优选，所述含有活性官能团的单核亚铁化合物为[Fe(H₂Bpz₂)₂(bipy-COOH)]，所述活性官能团为羧基官能团。