金属有机框架(MOF)的原位X射线衍射(XRD)技术能独特揭示动态结构转变与外部刺激下光物理行为演变之间的关联。本文报道了由蝶形配体H4TCPE[1,1,2,2-四(4-羧基苯基)乙烯]构建的 MOF TCPE -Tb材料,该材料展现出卓越的稳定性(耐温高达500 K、耐压高达24.6 GPa)。 TCPE -Tb的荧光变化直接反映了四苯撑(TPE)核心在温度和压力刺激下的取向变化:在80–460 K温度范围内,材料经历从P21/n到P21/m的对称相变,并呈现非单调的荧光变化趋势(强度:先衰减→增强→再衰减;最大发射波长:从502 nm变为486 nm);而外加压力则缩短了 TCPE 配体的分子间距离,形成 π - π 堆叠激基复合物,引发100 nm红移(波长范围:480–580 nm),并产生蓝色、蓝绿色、绿色、黄绿色等不同颜色信号,同时激活了激基复合物介导的衰减路径。本研究首次通过原位温度依赖性单晶 XRD 和高压光谱技术,揭示了 TCPE 配体精细构象动力学(二面角演变)与外部刺激下光物理行为之间的内在关联。TPE核心对热刺激和机械刺激的响应表现出完全不同的特征,其分子内扭转效应与分子间堆积方式密切相关。本研究建立了一种机械强度高、刺激响应性优异的金属有机框架(MOFs)设计范式,推动了其在多模态传感与自适应光电子学领域的应用发展。
图1 TCPE -Tb复合物的结构:(a)三核Tb3(COO)5(DMF)2,(b)一维Tb(III)基链,(c)蝴蝶形去质子化 TCPE 配体,(d)三维开放框架结构(为清晰起见省略 DMF 分子)。
图2 TCPE -Tb与H4TCPE的固态光物理性质:(a)激发光谱与发射光谱,(b)寿命分布。
图3(a–c)TCPE -Tb荧光强度随温度变化曲线。(d) TCPE -Tb荧光强度与温度的关系。(e) TCPE -Tb荧光寿命随温度变化曲线。(f)CIE坐标与加热过程的关系。(g)荧光演化机制随温度升高变化
图4(a、b)不同压力下单晶 TCPE -Tb的荧光光谱与CIE坐标。(c)不同压力下 TCPE -Tb晶体在紫外光照射(λex =360nm)下的显微照片。(d、e)不同压力下 TCPE -Tb的光致发光衰减曲线及其根据长寿命与短寿命计算得出的衰减常数。(f)压力诱导荧光演变的理论机制。
图5 (a) TCPE -Tb在温度和压力刺激下的荧光强度与最大发射波长变化趋势。(b)代表性金属有机框架(MOFs)的结构压力稳定性对比,其定义为根据原位高压衍射测量结果确定的保持结晶性的最高压力值。
Aggregate, 2026; 7:e70326
https://doi.org/10.1002/agt2.70326