[发明专利]一种高量子产率的稀土金属有机框架材料及其制备方法

说明书

本发明属于发光材料领域，涉及一类稀土金属有机框架材料及其合成方法。该稀土金属有机框架材料以脱质子的2,4,6‑三(4‑羧基苯基)‑1,3,5‑三嗪为配体，以稀土金属离子为发光中心，通过配体间的π‑π相互作用，或还通过配体与溶剂的C‑H‑π相互作用构建而成。配体间π‑π相互作用对应芳香环中心之间的距离在以内，增强了配体分子间相互作用力，增加了材料骨架的刚性，减少了能量在骨架上的自身损耗，同时也增强了配体到稀土金属的能量传递，大幅提升了能量的利用效率，从而得到高的量子产率。本发明的发光金属有机框架材料，能量利用率高，相较于现有的稀土金属有机框架材料，量子产率从不到60％提高至99.9％。

技术领域

本发明属于光学材料领域，涉及一种稀土金属有机框架荧光材料以及合成该材料的方法。

背景技术

发光二级管(LED)，与普通的白炽灯泡和氖灯相比，具有节能环保，工作电压低、电流小，质量小，可靠性高，体积小，寿命长，可调节性好等诸多优点，被广泛应用于照明装置的光源和液晶显示装置的背光源。

现有白光LED一般是由蓝光LED(可发射大约450nm至475nm范围内的一种或多种波长的蓝光)激发覆盖其表面的黄色荧光粉，本身的蓝光与被激发的黄光进行组合产生白光，传统的黄色发光磷光体的示例包括YAG:Ce³⁺基、BOS基磷光体组合物以及氮化物/硝酸化物基磷光体组合物。

YAG基磷光体发射的黄光在其发射光谱内具有不足的绿色强度和不足的红色强度，从而所得白光的连续性低。尤其发射光谱中缺少红光这种暖色光，人们长时间在这种环境下工作和生活会产生不适感。

BOS基磷光体的发射亮度随着温度的升高而下降，并且BOS基磷光体的发射颜色也随着温度发生变化，从而导致发射颜色具有根据温度变化的性质。氮化物/硝酸化物基磷光体需要在高温和高压下合成，从而需要昂贵的装置用于制造氮化物/硝酸化物基磷光体。此外，对颗粒的尺寸控制、分离和研磨是比较困难的，从而该制造工艺的生产率低。

另外一种白光LED是由近紫外光激发红绿蓝三色荧光粉，产生的三基色光混合生成白光。这种LED的类型虽然引入了红光光源，但发展还是受到限制，主要原因有四：第一，现有的受紫外光激发的LED材料一般为无机稀土材料，这类材料在紫外吸收波段为窄带吸收，然而紫外激发光源很难做到窄带激发，这就导致了大量的能量不能被吸收而白白流失；第二，对于现有的紫外激发无机稀土材料，其荧光关键性参数，量子产率很难与通用的LED荧光粉媲美，尤其是在红光方面，普遍偏低，这使得已吸收的紫外能量的利用又大打折扣；第三，无机荧光粉的合成温度一般颇高，很多会达到上千度；第四，无机稀土发光材料利用率低，大多需要掺杂不发光的稀土。

由于稀土金属有机框架(LMOF，lanthanide metal-organic frameworks)吸收能量位点为有机配体，其吸收光谱一般为紫外宽谱吸收，这样就可以将紫外光的能量尽可能吸收，但现有LMOF材料普遍量子产率偏低，尤其是红光方面，不超过60％，因此，如何提升能量转化效率是LMOF运用于LED照明过程中非常关键的一个环节。对于纯红光的获得，有机分子发光很难达到所需要的水平，这就需要无机金属离子，主要为稀土离子Eu³⁺的特征锐线光谱。由于稀土金属有机框架中的稀土具有f-f跃迁禁阻，很难直接将紫外激发光源的能量吸收，因此需要有机配体来代为吸收能量，并将吸收的能量传递给稀土离子，稀土离子受到激发后发出特征锐线光谱，这个过程被称之为天线效应(antenna effect)。