可用于高显色指数白光发射器件的金属-有机框架材料

白光发射材料作为一种新型的固体光源,相对传统的白炽灯和荧光灯具有节能、寿命长、亮度高和环保无污染等优点,在照明和显示领域有着巨大的应用前景,是目前国内外的研究热点之一。

金属-有机框架材料(metal-organic frameworks, LMOFs)是一种由金属离子或金属簇与有机桥联配体通过配位作用组装形成的新型多孔晶体材料,它既具有传统金属-有机配合物的优良光学性质,又结合了多孔材料独特的结构与功能特性,如拓扑结构可预测、孔道尺寸和形状可调、表面易修饰等特征,因此在发展新的光子功能应用方面显示出巨大的发展潜力。目前,发光金属-有机框架材料不仅在荧光探测领域显示了很好的应用前景,在白光照明和显示领域也引起了极大关注。然而在现有研究报道中,金属-有机框架材料的白光发射大多利用稀土离子Eu3+的红光、Tb3+的绿光与有机配体的蓝光混合来获得,由于稀土离子的发光峰尖锐,发光峰位可调性差,产生的白光显色指数低,与自然白光差异较大,且发光量子效率不高。

可用于高显色指数白光发射器件的金属-有机框架材料

针对上述难题,在国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的资助下,浙江大学材料科学与工程学院的钱国栋教授和崔元靖副教授课题组创新性地提出了在金属-有机框架材料孔道中引入高量子效率的荧光染料,进行后功能修饰获得白光发射的思路。他们首先合成制备了一种具有蓝光发射的金属-有机框架材料(Me2NH2)3[In3(BTB)4]·12DMF·22H2O(ZJU-28),再通过离子交换的方法将发红光的染料4-(p-二甲氨基苯乙烯)-1-甲基吡啶(DSM)与发绿光的染料吖啶黄(AF)引入到框架材料ZJU-28的孔道中,通过对两种染料相对含量的调节,获得了具有优异白光发射性能的金属-有机框架材料ZJU-28ÉDSM/AF (0.02 wt% DSM, 0.06 wt% AF)。该框架材料的量子效率为17.4%,发光颜色的色坐标为(0.34,0.32),与理想白光十分接近。显色指数(CRI)与色温(CCT)分别为91和5327 K,已满足白光材料在实际应用中关于显色指数高于80 和色温在2500~6500 K之间的指标要求。上述研究新思路为发展与促进金属-有机框架材料在白光照明与显示领域的应用提供了新的途径和方法。相关结果“Dye Encapsulated Metal-Organic Framework for Warm-White LED with High Color-Rendering Index”近期发表在Advanced Functional Materials(2015, DOI: 10.1002/adfm.201501756)上。