从事过的研究方向包括大环稀土穴合物功能材料的研究、金属酶(超氧化物歧化酶,锰过氧化氢酶以及固氮酶)的模型物的生物无机化学研究、锡硫多核纳米团簇化合物研究、稀土-3d过渡金属(3d-4f)异多核纳米团簇以及超分子化合物的研究，基于具有金属金属键团簇基元的新型材料以及新型吸附材料、类分子筛材料、发光材料的研究。研究领域涉及生物无机化学、无机材料化学、配位聚合物化学、固态化学，并在这些领域取得了系列成果。

 

硕博研究方向：

无机有机杂化发光材料，具体包括：

（1）探针材料：

对环境、生命体中以及化工生产过程中产生的各种挥发性有机物、硝基爆炸物、重金属离子、生物分子等物质的检测在安全、医疗、环境监测领域具有重要意义，开发能够快速、准确、低成本并可便携实时检测的方法是当前化学领域的持续研究热点。这其中发光测试法以发光信号变化为检测手段，具有检测方便、灵敏度高、快捷、取样量少等优点，被认为是极具潜力的代替传统方法的新型测试手段。发光探针以分子识别为设计基础，通过识别单元与待测物种选择性结合而导致的分子构型变化，进而引起信号基团发光性质改变的方法来对待测物种进行检测。我们的研究关注于无机有机杂化探针材料，利用该类材料结构多变、具有孔道/孔穴结构的特点，实现对待测物的选择性识别检测。

（2）余辉材料：

与仅基于单重态的荧光相比，一些涉及到三重态的发光，包括室温磷光、延迟荧光等，具有长寿命的特点，甚至在室温下具有可被裸眼观测到的可持续数分钟的发光。该类材料在光电、生化、信息储存等领域具有广泛应用前景。我们的研究关注于无机有机杂化余辉材料，利用其易于引入重原子、刚性结构以及具有配位效应的特点，设计制备发光色彩多样、寿命或发光强度可调的该类材料。

（3）刺激响应材料：

刺激响应发光材料是一类具有“智能”行为的特殊材料，其可在外部环境的刺激信号，如光、电、温度、化学物质等的作用下，表现出自身结构或状态的改变，进而以发光信号改变的形式表现出来。该类材料在纳米材料、生命科学、传感器等领域有着广泛的应用前景。我们的研究关注于无机有机杂化刺激响应材料材料，利用其结构有序可测、弱相互作用丰富的特点，设计制备可对外部刺激信号灵敏响应的该类材料。

 

本课题的研究思路是采用现代化的配位化学、有机化学、结构化学的研究方法和手段，首先设计合成合适的有机功能配体，进而与不同的金属离子结合构筑不同的分子模块(Molecular Building Blcoks, MBBs)及超分子分子模块(Supramolecular Building Blcoks, SBBs)，通过调节MBBs和SBBs的连接方式及空间排列，形成有特定结构和发光功能的有序聚集体。建立结构和发光性能之间的构效关系，从而设计、制备及改进新型发光材料。

本课题组最新成果介绍

（17）顺反异构余辉配合物的构筑及对L-精氨酸的特异性长寿命恢复型检测。发光金属有机材料（MOMs）已被广泛用作传感探针。然而，大多数MOMs探针是基于荧光的，并且只基于发光“关闭”或“开启”模式，对分析物具有恢复型响应的长寿命（>10 ms）探针非常罕见。

据此本研究采用“溶剂化配合物”策略制备了两种新型含有多配位溶剂的顺反异构单核余辉配合物，即具有延迟荧光（DF）和室温磷光（RTP）的反式配合物和具有RTP的顺式配合物。它们均可作为恢复型长寿命探针特异性检测L-精氨酸，检测限分别为1.0×10^-7 M、2.1×10^-7 M。。此外，两者通过溶剂熏蒸能可逆转换。详细的机制研究表明，配位溶剂的变化，包括损失/获取、交换或置换，在这种余辉多刺激响应中起关键作用。这项工作不仅展示了这种长寿命发光配合物在恢复型检测方面的潜力，还揭示了溶剂化配合物在制备余辉多刺激响应材料方面的独特优势（Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2403734.）。

通过L-精氨酸对探针分子的固定实现长寿命发光检测

 

（16）烷基链诱导晶格软化实现光激活动态室温磷光的精准调控。动态响应室温磷光材料由于其独特RTP刺激响应特性而成为智能发光材料领域的研究热点。其中，光激活动态RTP（PDRTP）材料可在外部光刺激下展现出RTP性能（寿命、波长、量子产率等）的可逆变化，在多个领域有潜在应用前景。但目前对PDRTP性能的精确控制仍然具有挑战，尤其是对光活化平衡时间（PET）、RTP颜色/寿命/效率的精准调控还尚未实现，这极大限制了PDRTP材料在智能光学领域的应用。

针对这一挑战，本研究报道了一种烷基链诱导晶格软化策略来精确调节PDRTP性能。该策略通过柔性烷基链软化了基质晶格，并进一步诱导基质产生自由体积，促进痕量氧气的渗透和储存，从而实现了PET、RTP寿命和RTP波长的精细调控。值得注意的是，这一工作挑战了气体难以在无孔密堆积晶态材料中渗透、储存的传统认识。通过对该类材料晶格柔软度的调节，可实现痕量气体渗透及储存能力的调控，为痕量气体传感器以及痕量气体渗透材料的研究开辟了道路（Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2415094.）。

晶格软化策略精确调节PDRTP性能

 

（15）同构Cd-MOF余辉调控及检测。通过配体与Cd²⁺不同配位调控余辉，获得了具有2维结构、强余辉的Cd1和3维结构、弱余辉的Cd2。Cd1可作为余辉猝灭型探针特异性检测Fe³⁺离子，检测限为1.63 μM，机理为框架分解。Cd2可用作余辉增强型探针检测溶液和蒸汽状态的NH₃，裸眼可观测蒸气检测限为6 ppm，机理为结构转变。（J. Mater. Chem. A  2024, 12, 7732）

Cd-MOF的构筑及对Fe³⁺、NH₃的余辉检测

 

（14）基于“顺/抗磁性金属离子调控”策略构筑系列同构的MOFs探针及对Ca²⁺和Sr²⁺总含量检测。采用“顺/抗磁性异金属探针”的构建策略，构筑系列同构的可检测Ca²⁺/Sr²⁺的MOFs探针，通过调节探针中顺磁性/抗磁性金属离子的比例，可以精确调节探针的检测性能指标，从而效地降低探针的背景发光，提高检测的信噪比和灵敏度。此外，该系列探针可以通过结构转化机制，单独或同时检测Ca²⁺/Sr2+总含量。这项工作不仅为定制具有特定性能指标的探针开发了一种新策略，而且为构建用于总含量检测的探针开辟了新的机会（Sens Actuators B Chem., 2023, 384, 133624）。

Ca²⁺/Sr²⁺总含量探针的构筑及工作机制

 

（13）基于“能量传递调控”策略构筑的Tb-MOF探针及对炭疽生物标记物的发光恢复检测。基于“能量传递调控”策略，构建了一种可用于检测2,6-吡啶二羧酸（DPA）的发光恢复型Tb-MOF探针。在检测过程中，DPA取代了配位溶剂并作为“天线”分子将能量传递给Tb³⁺，诱导Tb³⁺的发光，从而实现了对DPA的特异性恢复型检测，检测限为1.70 μM。此外，将制备的纸基传感器与智能手机相结合，实现了对DPA的灵敏、实时和视觉检测。该探针还可用于自来水、雨水和人血清中DPA的有效检测。（Sens Actuators B Chem., 2023, 384, 133624）。

新型炭疽生物标志物恢复型探针的设计

 

（12）基于配位驱动掺杂的制备RTP复合物。客体/主体掺杂是实现室温磷光的重要方法，而主客体相互作用被认为在诱导RTP中起关键作用。虽然主客体间的配位键被一些研究工作认为可更有效地实现RTP，但其是否存在却缺乏可靠的实验证据。本项工作从实验上证明了掺杂体系中主客体间的配位键的存在，以及其在诱导RTP性能方面的重要作用。在此基础上，提出了一种配位驱动的掺杂策略，以实现掺杂材料高效、多色、长寿命的RTP。这一工作还证明了无机有机杂化材料在制备掺杂型RTP材料方面的独特优势（Adv. Opt. Mater., 2023, 2300717）。

使用配位驱动策略制备余辉材料

 

（11）客体溶剂分子交换诱导的配位聚合物RTP/DF可逆转换。通过孔道中溶剂分子可逆交换调节体系单/三重态间的能隙Δ_EST，诱导了一个一维配位聚合物的蓝绿色室温磷光(RTP)Û蓝色延迟荧光(DF)的可逆转换。这是一例罕见的基于两种不同余辉的刺激响应材料。本研究证明了配位聚合物在开发基于两种不同余辉的开关材料方面的独特优势。（Inorg. Chem. Front., 2023, 10, 4065）。

客体交换诱导余辉的可逆转换

（10）数据收集时的温度对于X-射线单晶衍射数据质量的反常影响。通过对一例具有柔性框架结构化合物的单晶衍射质量的影响因素的探索发现，室温下收集的衍射数据质量高于低温数据。深入研究发现框架结构自身热力学的稳定性是主导该晶体的Bragg衍射质量的关键因素。这一发现可促进研究者对单晶衍射学的认识，即在晶体测试过程中，衍射数据收集并非测试温度越低越好，特别是具有柔性结构的化合物的单晶。相关成果发表在《iScience》(2021, 103398)上。

框架结构自身热力学的稳定性是影响晶体的Bragg衍射质量的关键因素

（9）可精准调控机械刺激发光颜色的双发射型染料/CPs复合物。制备了系列密堆积的Dye@CP复合物，通过调节负载染料的种类和物质的量，进而实现了材料在研磨前后的光致发光颜色全光谱精准调控。我们认为染料分子的聚集诱导淬灭（Aggregation Caused Quenching，ACQ）效应和固体溶剂稀释效应（Solid Solvent Dilution, SSD），在精准调控Dye@CP复合物研磨前后发光颜色变化上，有显著的影响与作用。相关成果发表在《J. Mater. Chem. C》(2021, 9, 15165)上。

Dye@CP复合物制备示意图

（8）基于非芳香配体的配位聚合物及其复合物的室温磷光性质研究。通过Ca(Ac)₂在DMSO中重结晶得到一例新型二维醋酸钙，其具有罕见的约~4 s蓝绿色的余辉。该发光可归因于羧基的聚集诱导了非典型发色团的RTP，羧酸密度被认为对发光产生决定性作用。该工作大大拓展了构筑无机有机杂化室温磷光材料可选择的配体范围。将其作为主体基质，可对多种磷光分子进行原位痕量掺杂，实现了非典型RTP 材料的多色RTP及寿命调控，RTP颜色可从蓝一直调控至橙黄色，复合物寿命最长可达976.18 ms。相关成果发表在《Chem. Mater.》(2021, 33, 7272)上。

制备策略

醋酸钙的余辉

（7）有机磷光体/配合物基底掺杂型长余辉体系的发光性能的调控及信息加密应用。以 [Al(DMSO)₆]X₃ (X= Cl^-, Br^-)为基底，通过有机磷光体的遴选，实现了掺杂物室温磷光颜色从深蓝色到黄绿色的调节。该体系最长室温磷光寿命高达1.9 s，裸眼观测余晖时长达21 s。该体系最高室温磷光（黄色发光）量子产率达58.3%。利用双掺杂方法实现了裸眼可见的白光室温磷光，进而用于数据信息加密解密。相关成果发表在《Adv. Optical Mater.》(2020, 2000482)上。

通过有机磷光体的遴选实现对掺杂物室温磷光性能的调控

（6）有机磷光体/配合物基底掺杂型长余辉体系的研究。以不发光的[Al(DMSO)₆]X₃ (X= Cl^-, Br^-)配合物为基底，通过掺杂痕量有机磷光分子，制备出系列有机物基室温磷光复合材料。其室温磷光寿命最高可达1811.7 ms，磷光发光效率最高可达17.4 %。该基底材料具有客体分子友好的特点。卤素对阴离子通过外置重原子效应促进系间蹿跃，且可灵活调换实现对磷光性能调节。此外，通过客体分子双掺杂方法，成功制备出具有双模式、四色发光的单相复合型荧光-室温磷光材料，并示例展示了其在高级防伪领域的应用。相关成果发表在《Dyes and Pigments》(2020, 177, 108323)上。

  掺杂物的制备及室温磷光性质

（5）一例Cr³⁺探针的设计和检测行为研究----制备恢复型探针的新策略。制备了一例不发光的MOF探针，其可在水中通过恢复发光方式选择性识别检测Cr³⁺离子，最低检测限达7.52 × 10^-8 M。该研究提出了一种新的制备恢复型探针的策略：即通过晶体工程的策略，调控MOF材料的堆积形式，大大增强结构中芳香堆积作用，由此产生的自吸收效应导致探针本身发光极弱。Cr³⁺引入可显著降低探针的芳香基团间的边对面p-p作用，从而导致其自吸收效应降低，引起恢复型响应。相关成果发表在《J. Mater. Chem. A》(2021, 9, 13552)上。

探针对Cr³⁺离子的恢复型检测

（4）三发射MOF-客体型复合物传感器的构效关系及其检测机制。设计了一例新的三基色型白光复合物探针，研究发现其可更好地区分官能团位置异构/官能团异构NAC蒸气。提出了一个可以量化探针区分不同NAC蒸气能力的向量指数r；提出了影响发光复合物传感器检测/区分NACs蒸气的三个因素：NACs饱和蒸气压大小；框架孔穴与负载发光模块间的尺寸协同效应以及两者之间的弱相互作用对体系的稳定作用。基于量化计算结果明确了探针检测/识别NACs过程的电子转移机制。相关成果发表在《Sens Actuators B Chem.》(2021, 328, 129025)上。

框架孔穴与负载发光模块间的尺寸协同效应对复合物传感器的性能起关键作用

（3）三基色型白光复合物探针的组装及对氨及胺类蒸气的区分检测。以水稳的bio-MOF-1为基底材料，负载绿、红发光模块制备了系列三基色型白光发射复合物，并将其用于氨及胺类蒸气的区分检测。借助于三维识别方法和限域发光增强效应的结合可以大大提高复合物传感器的选择性，可以在11 种氨及胺类蒸气中区分出7种。此外，还对限域发光增强效应的产生及影响机制进行了深入研究。相关成果发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》(2020, 12, 12043)上。

通过三维识别方法和限域发光增强效应的结合实现对各种胺及氨蒸气的区分

（2）三基色型白光复合物探针的组装及定量检测。采用多模块组装策略获得一例三基色型白光复合物探针，其不仅可以利用三维识别方法对溶液中的NACs及金属离子进行区分，且可以定量检测地乐酚、Fe³⁺和Al³⁺，LOD分别为0.050、0.41和0.12 ppm。相关成果作为内封发表在《Chem.-Eur. J》(2018, 24, 9555)上。

杂志的内封页

（1）三基色型白光复合物的组装及其对芳香硝基化合物（NAC）蒸气的多维传感。将绿、红发光模块负载入蓝色发光的MOF孔道中，制备出三基色型白光复合物并将其用于挥发性有机溶剂的溶液相及硝基化合物的蒸气的二维、三维识别。不同待测物种在进入复合材料孔道后会诱导其产生特征的红、绿、蓝三发射峰强度比值，实现 2 维双比率识别检测。如再加上时间维度，就可实现3 维识别检测，放大检测信号，并可实现使用一种探针对多种待测物质进行选择性、自校正识别检测。利用探针初始白色发光、颜色易变的特点，实现了对间二硝基苯蒸气的快速选择性裸眼识别。相关成果发表在《Chem. Sci.》(2018, 9, 2918)上。该论文被Adv. Mater. 2019, 1805871；Sci. China. Mater. 2019, 62(11), 1655–1678等多篇评论文章作为典型例子重点介绍。

复合物探针的多维传感示意图