Angew：镧系金属有机框架中Yb3+敏化的上转换发光

近年来，镧系元素掺杂的发光材料由于其优异的光学性能和良好的物理化学性质，在基础研究和各类前沿应用中引起了广泛关注。镧系元素具有丰富的轨道能级，可以实现从紫外到近红外光区域的广泛发光。

镧系金属有机框架由镧系离子和有机配体组装而成，其中有机配体常用作天线来吸收激发光能量、并将其传递给镧系离子以实现高效的下转移发射，但在金属有机框架结构中实现上转换发光一直是该领域的挑战。

近日，上海大学孙丽宁教授课题组与加拿大Concordia University的John A. Capobianco教授团队合作，发展了一种以三价Yb3+离子为金属中心的镧系金属有机框架，Yb3+离子同时作为敏化剂和活化剂，在980nm近红外光的激发下，该Yb有机框架能够发射出明亮的上转换协同发光。之后，引入不同种类的镧系活化剂到该Yb有机框架中，并系统研究了这一系列镧系金属有机框架相应的上转换发光性能，得出了活化剂种类影响协同发光效率的规律。

该工作中，金属有机框架是由均苯三甲酸和Yb3+离子组装而成，Yb3+能够吸收980 nm近红外光，并通过Yb3+二聚体之间的协同发光而发射出波长为497 nm的上转换可见光。

继而，作者又在该Yb有机框架基础上掺杂了不同种类和浓度的镧系活化剂（Y3+, Tb3+, Eu3+, Ho3+, Tm3+, Pr3+, Sm3+, Dy3+, 或Er3+），制备了一系列镧系金属有机框架，以评估该类材料的上转换发射性能与能量转移机理。研究发现，金属有机框架中Yb3+之间的平均距离越大，在980 nm激发下，获得497 nm协同发光的效率越低。此外，若活化剂不存在与Yb3+的2F5/2能级共振的能级（Tb3+或Eu3+），那么Yb3+和活化剂之间能量转移效率就低，协同发光强度随活化剂浓度增加而缓慢减弱；若活化剂存在与Yb3+的2F5/2能级共振的能级（Ho3+, Tm3+, Pr3+, Sm3+, Dy3+, 或Er3+），那么Yb3+和活化剂之间能量转移效率就高，协同发光强度会随活化剂浓度增加而迅速减弱。

作者利用这些掺杂不同活化剂的镧系金属有机框架进行了光学信息存储应用的探索。选取不同的镧系金属有机框架组装成特定的信息矩阵，在不同波长的激发光下，利用材料的多色发射可以读取出预存储的信息。

该工作中，作者利用高浓度的Yb3+离子作为金属有机框架的金属中心，并使其在980 nm近红外光激发下实现了上转换的协同发光，这为今后在金属有机框架结构中实现基于镧系元素的上转换发光提供了崭新的策略。

论文信息

Upconversion Luminescence through Cooperative and Energy-Transfer Mechanisms in Yb3+-Metal-Organic Frameworks

Yao Xie, Guotao Sun, Gabrielle A. Mandl, Steven L. Maurizio, Jiabo Chen, Prof. John A. Capobianco, Prof. Lining Sun

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202216269