【仪表网 研发快讯】近日，吉林大学物理学院高压与超硬材料全国重点实验室/综合极端条件高压科学中心邹勃教授团队杨新一教授课题组与中科院大连化学物理研究所田文明教授、吉林大学化学学院白福全教授等人合作，在金属-有机框架(MOFs)材料的多色可调荧光/磷光领域取得重要突破。通过压强工程调控镉基金属-有机框架(MOFs)材料的电荷转移动力学，实现单组份MOFs材料Cd(BDC)(DMF)的高效多色可调荧光/磷光发射。相关成果以“Space-Confined Charge Transfer Turns on Multicolor Emission in Metal-Organic Frameworks via Pressure Treatment”为题发表在《Nature Communications》(Nat. Commun. 2025, 16, 4166)上。
多色可调发光材料因其在显示器件、动态防伪、智能传感以及生物成像等领域的重要应用价值而备受关注。MOFs材料凭借其动态可调的孔道结构、可定制的功能基元，以及丰富的电子跃迁模式，为构建智能响应型发光材料提供了独特的平台优势。然而，在单组分本征发光MOFs体系中，如何精准调节分子构型、电子结构和激发态弛豫过程，进而实现发光波长和强度的动态调控一直是该领域亟待解决的关键科学问题。此前，杨新一教授课题组基于压强处理工程成功实现了MOFs材料的单色荧光增强(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202210836; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2300109)、压强诱导MOFs材料蓝色发光并截获(Adv. Mater. 2023, 35, 2211729)、压强诱导MOFs材料多色发光并截获(Adv. Mater. 2024, 36, 2403281)、压强诱导MOFs材料双荧光态的非掺杂白光并截获(Nano Lett. 2024, 24, 9898-9905)、压强诱导非掺杂MOFs材料荧光磷光双发射白光并截获(Nat. Commun. 2025, 16, 696)、压强诱导有机小分子白光发射并截获(Nat. Commun. 2024, 15, 7778)、压强诱导有机小分子蓝光发射并截获(Laser & Photonics Rev., 2025, 19, 2401537; Laser & Photonics Rev., 2025 19, 2401173)。基于前期对材料光物理过程的有效调控，如何利用压强处理工程在常压下实现材料多色可调且高效的发光，一直是团队追求的目标。
在本工作中，杨新一教授课题组选择以具有双配体构型的Cd(BDC)(DMF)材料为研究对象，利用压强处理实现其长程电荷转移向短程电荷转移的转换，进而在常压下开启高效的多色可调荧光/磷光发射。原位高压光谱表征与第一性原理计算分析表明，压强处理显著增强MOFs框架中氢键相互作用，并实现配体间电荷转移从长程到短程的空间限域。增强的氢键有效地提高了框架的刚性，限制了非辐射跃迁能量损耗。空间限域的电荷转移不仅具有更强的辐射跃迁振子强度，表现出更小的单重态-三重态能隙，还布局于空间取向相互垂直的配体，实现自旋-轨道电荷转移系间窜越大幅增强。通过多级压强处理调控电荷转移动力学，有效调节自旋-轨道电荷转移系间窜越，成功实现荧光-磷光占比的精准调控。此工作利用不同程度的压强处理在环境条件下开启了Cd(BDC)(DMF)高效的蓝-绿-白光发射，为环境条件下高效多色发光材料的设计和开发提供了新策略。
图：通过压强处理工程开启Cd(BDC)(DMF)的高效多色可调荧光/磷光发射。
吉林大学物理学院高压与超硬材料全国重点实验室张婷博士后和中科院大连化学物理研究所尹延峰博士后为本文的共同第一作者，本文通讯作者为吉林大学高压与超硬材料全国重点实验室/综合极端条件高压科学中心杨新一教授、邹勃教授、中科院大连化学物理研究所田文明教授和吉林大学化学学院白福全教授。该工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助，同时也得到了上海光源同步辐射BL15U1线站和国家重大科技基础设施-综合极端条件实验装置B1和B2线站的大力支持。
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