基于多孔框架的主客体复合材料在颜色调控以及白光发射中的应用研究

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固态白光发射二极管(White-light-emitting diodes)由于具有高效、节能、使用寿命长以及环境友好等优点已经被广泛的研究和应用于照明、成像等方面。目前商用的荧光粉主要是含稀土掺杂的荧光粉材料。稀土资源面临着丰度低、价格昂贵、且易造成较大的环境问题,因此研究和开发无稀土的WLED用荧光粉具有十分重要的意义。在众多的框架材料中,多孔框架材料由于其多孔性、结构和尺寸可调控性强、发光中心丰富等优点,被广泛地应用于气体的吸附与分离、催化、发光与磁性以及药物缓释等领域。本文在合成多孔框架材料的基础上,探索了在多孔框架材料的孔道中引入客体发光单元以制备主客体复合荧光粉的策略,并通过调节主体框架和客体发光单元的用量来调控复合材料的荧光光谱和发光颜色,制备了可用于WLED的单相黄光荧光粉材料。本文主要分为以下三项内容:(1)通过层层外延生长的方法制备了单相单层CQDs&Rh B@ZIF-8~2和单相多层CQDs@ZIF-8~2@Rh B@ZIF-8~2两种不同模式的复合材料。本工作选择了具有较好稳定性的ZIF-8作为主体框架,绿色发光的碳量子点(CQDs)和红光发射的罗丹明B(Rh B)作为客体发光单元,分别采用单相单层和单相多层两种模式,成功制备了CQDs&Rh B@ZIF-8~2和CQDs@ZIF-8~2@Rh B@ZIF-8~2两种单相纳米黄光荧光粉。实验发现,由于CQDs@ZIF-8~2@Rh B@ZIF-8~2的多层结构为两种客体分子之间提供了充足的空间分离,有效地减弱了CQDs和Rh B之间的能量传递,因此,与单层结构的CQDs&Rh B@ZIF-8~2相比其具有更高的量子效率。将该材料涂覆到商用可获得的蓝光芯片上后,可以获得明亮的白光发射器件。这一策略为以后获得具有更高量子效率的荧光粉材料,提供了一种新的思路。(2)开发了多层结构的Rh B@γ-CD-MOF@Cs Pb Br3@γ-CD-MOF复合材料。为了获得具有更高量子效率的荧光粉材料,我们选择了γ-CD-MOF作为主体框架,具有高量子效率的绿光发射Cs Pb Br3钙钛矿量子点和红光发射的罗丹明B作为客体发光单元。通过二次外延生长的方法将两种客体发光单元分层包封在γ-CD-MOF的不同壳层中,成功制备了具有较高量子效率(QY≈43.5%)的LED用黄光荧光粉。将该黄光荧光粉与商用的Ga N蓝光芯片(450 nm)组装后可以得到白光发射的WLED器件。这一工作对以后获得具有高量子效率的LED用荧光粉具有一定的指导意义。(3)采用浸渍法制备了dye@PFC-1纳米复合荧光粉材料。本工作通过浸渍法将Rh B、Rh6G、4-(p-dimethylaminostyryl)-1-methylpyridinium(DSM)以及4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(DCM)染料分子引入一种坚固的绿光发射的氢键有机框架,PFC-1的孔道中。通过调节客体分子的负载量,实现了复合材料荧光光谱和发光颜色的调控,制备了一系列具有宽带黄光发射的dye@PFC-1纳米复合荧光粉材料。将该黄光荧光粉涂覆到商用的蓝光芯片上后,可以得到具有低色温、高显色指数的暖白光发射LED器件,非常适合用于室内照明。目前,基于HOF的主客体复合材料用于白光发射仍然处于起步阶段,因此,本论文的这一策略为制备高性能的暖白光LED提供了一个新的视角。
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