ACS Nano：金属有机骨架化合物（MOF）发射白光

【引言】

最近，ACS Nano杂志发表了一篇关于金属有机骨架化合物(MOFs)发射白光的文章，题为“Electrically Driven White Light Emission from Intrinsic Metal−Organic Framework”，该论文通讯作者为国立台湾大学物理系的Yang-Fang Chen和中央研究院的Kuang-Lieh Lu。

【成果简介】

发光二极管(LEDs)由于具有低能耗、寿命长等优点，有巨大的潜力取代传统照明设备。现如今，白光发光二极管(WLRD)的使用取决于含有稀有元素磷光剂的光子降频转换，这大大限制了二极管的使用、能量以及消耗效率。为了解决能源危机和环境困扰，设计一个恰当的白光发光二极管是十分值得的并且仍存在一些挑战性问题。

为了避免这些存在的困难，在这篇报道中，研究人员已经设计了一款由锶基金属有机骨架化合物、{[Sr(ntca)(H2O)2]·H2O}n(1)、石墨烯和无机半导体组成的白光发光二极管，这种二极管是可以发射明亮白光。除了对金属有机骨架化合物结构适当设计以外，通过结合包括石墨烯独特性能和金属有机骨架化合物与半导体之间恰当能带排列的各种因素，研究人员已经证明了基于金属有机骨架化合物的二极管是能够在电驱动下发射明亮白光的。

因为用MOF作为活性物质的场致发光是非常稀有、非常有趣的，该研究就显得十分重要，对固态照明设备的发展非常有用和及时。

【图文导读】

图1：Sr-MOF的结构和稳定性

(a)：由AAA排列组成的3D金属有机骨架化合物结构示意图。

(b)：化合物1的热重分析(TGA)曲线；

(c)：不同温度下化合物1的模拟和实验的PXRD图谱。

图2：化合物1的电化学稳定性

(a)：室温条件下，15V持续电压下应用6小时前后，混合物1的伏安(I-V)曲线图，插图是电化学研究的设备原理图解；

(b、c)：化合物1的光致发光和拉曼光谱图，两个光谱分别是混合物在常温条件下经历15V持续电压前后测试的。

图3：MOF基的WLED的结构和特点

(a、b)：材料截面的SEM图像和装置的原理图解，这个装置的PN结是由140nm的ZnO层和位于100nmAg薄膜上140nm的MOF层构成。P型Si/SiO2被用作底层，石墨烯被用作上电极。

(c)：固态照明设备的室温J-V特点。图中横坐标代表电压，纵坐标代表电流密度。根据J-V曲线我们可以发现，=1.76的时候二极管达到理想状态。

图4：设备的场致发光发射性能

(a)：在20和25mA注入电流下设备的场致发光光谱，横坐标是波长，纵坐标是场致发光强度；

(b)：场致发光发射的CIE图。图中的圆圈位于坐标（0.333,0.333）

(c)：场致发光光谱和自然光光谱对比

图5：化合物1光致发光的机理

(a)：样品处于226nm波长、38-42W频率的脉冲激光激发状态下时的光致发光谱；

(b)：和图(a)条件对应的CIE图。图中出现了和白光值（0.333，0.333）相近的CIE坐标（0.327，0.367）。图中的插图是用手机在226nm曝光下拍摄的明亮的白光。

(c)：42W的抽运功率下的MOF样品的光致发光光谱。激发功率高于39W时，尖峰变的更加明显，这和金属间化合物的转变有关。

(d)：波长266nm、激发功率35W的激光照射下自由有机链接的光致发光光谱；

(e、f)：光致发光光谱中不同峰位置上的时间分辨光致发光测量结果和在374nm激光照射下的自由配合基的时间分辨光致发光点。

图6：设备的运行机制

(a)：25mA注入电流下的电致发光光谱，横坐标为波长，纵坐标为电致发光光谱强度；

(b)：混合物1的不同颜色发光的示意图；

(c、d)：设备组成材料示意图和对应的复合结构的能带图

图7：厚度对量子效率和稳定性的影响

(a)：白色发光二极管中MOF层厚度对量子效率的影响；

(b)：时间对设备量子效率的影响。

【小结】

本文通过将适合的金属有机骨架化合物、具有独特性能的石墨烯和半导体结合在一起，发现了金属有机骨架化合物基白色发光二极管可以产生550nm的白光发射。这在如今能源危机的年代，用MOF作为电致发光材料对未来固态照明设备发展具有重要的意义。

文献链接：Electrically Driven White Light Emission from Intrinsic Metal−Organic Framework （ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b03030）

本文由材料人编辑部MOF组供稿，材料牛整理编辑。

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