智能响应发光材料通常是基于外场作用,即在适当的物理条件(例如:光、电、力、热、磁)和化学条件(例如:酸碱度、离子浓度、气体、生物分子)刺激下,通过材料本身结构特性的改变而实现其光学特性(例如:强度、寿命、量子产率等)调变。该类材料由于响应信号灵敏、可逆性好等特点而引起国际学术界和工程技术领域的广泛关注,并在智能开关和传感领域具有广泛的应用前景。目前,设计新型智能响应发光材料需要同时考虑以下几个因素:(1)材料的实际应用需要具备快速响应时间和高可视化对比度。(2)相对于无序粉末或溶液态,将发光材料制备成有序的固态薄膜将有助于其在智能装置和发光传感器中的应用。(3)对于分子基发光材料而言,如何实现其高的光热稳定性和可重复性是未来规模化应用的前提。构建主客体结构是提升智能响应型发光材料性能的有效途径。选取刚性的主体基质可以将客体分子有序固定,从而有效降低客体分子因自身的振动/转动造成的能量损失,同时也能避免客体分子间聚集所引起的发光淬灭。层状双金属氢氧化物(LDHs)具有典型的刚性层状结构,凭借LDHs正电荷层板的可剥离性、层间阴离子可交换等特性,可以实现发光客体的有序固载和功能集成,从而在检测、防伪、生物治疗等领域展现出良好的应用前景。本论文以材料的智能响应发光性能为研究导向,通过主客体结构设计,选取LDHs和聚合物为主体,有机小分子、金属配合物和阴离子型发光聚合物为客体分子,获得了系列新型主客体智能响应荧光/磷光粉体及薄膜材料。实现了材料结构和性能的调控和优化。具体研究内容如下:1.主客体智能响应荧光薄膜的构筑及其性能研究选取具有刚性的LDHs层板作为主体,通过调控荧光客体的种类(有机小分子,配合物等),实现单/多基元荧光客体分子的有序可控固载。获得了具有随角异色、光致变色、偏振发光、双光子上转换等特性的智能响应薄膜材料。所构筑的荧光薄膜材料对外界刺激(湿度、温度、爆炸化合物)具有良好的选择性光响应。基于此进一步发展了普适性的空间限域智能响应材料的构筑方法。2.主客体室温磷光杂化纳米片的构筑及其性能研究将羧酸类小分子作为客体引入LDHs主体中,构筑了主客体室温磷光杂化材料。基于LDHs的限域效应实现了羧酸类小分子激发态的有效调控,其三线态磷光寿命增强200倍以上。理论计算表明,磷光特性与客体分子在限域LDHs层间的有序排列以及形成H聚集态有关。构筑的主客体杂化纳米片具有良好的上转换磷光和可逆的温度响应磷光特性。基于给-受体分子共插层,通过调变给/受体分子的比例,发展了一种高效的磷光能量转移体系(能量转移效率高达99%)。主客体杂化纳米片的双光子上转换磷光特性使其可以作为近红外光激发的光敏剂。利用LDHs二维限域效应获得了长寿命三线态激子,实现有效的双光子光动力治疗。实验表明,这种纳米复合物的单线态氧产率高达74%。体外细胞实验证实其具有良好的抗肿瘤效果,半数致死量为0.153μg/mL。相较于传统的基于能量转移的双组分体系而言,该工作实现了单一光敏剂用于单线态氧产生和良好的光动力治疗效果,为长寿命三线态激子的有效利用提供了新的思路。3.基于插层限域作用的二维室温磷光薄膜构筑及其性能研究利用氢键作用通过层层组装法实现了自支撑磷光薄膜的有效制备。该类磷光薄膜在时间分辨尺度具有肉眼可识别的显著长余辉发光特性。为主客体体系发光薄膜的研究范围进行有益拓展。综上所述,本论文运用实验与理论计算相结合的方法对主客体材料结构与性能之间的规律进行了有益探究,实现了主客体结构发光材料的单/三重态激发态调控,推动了新型智能响应主客体荧光/磷光材料的发展。