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唐瑜教授課題組在稀土功能配合物研究領域有著非常雄厚的研究基礎和豐富的研究經驗。近年來主要開展稀土配合物發光材料的創制以及功能和穩定性調控規律研究，圍繞著如何在分子水平調控稀土配合物發光材料的功能和穩定性這一關鍵科學問題，開展了系統的研究工作。實現了材料體系稀土熒光強度和壽命協同調制，并將其應用于稀土智能光學編碼材料和雙光子生物探針構筑。研究成果對新型稀土配合物發光材料的創制和稀土資源的高值化應用具有重要的科學意義，并豐富和擴展了配位化學的研究內容。近五年在Natl. Sci. Rev., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci.和ACS Nano等國際知名專業期刊上發表論文78篇。

相關成果：

一、 通過調節配體的分子極性將稀土配合物自組裝成具有自組裝誘導發光（Self-Assembly Induced Luminescence, SAIL）活性和良好水分散性的納米粒子。同時，通過研究水溶液中熒光壽命和量子產率的變化，自組裝可以：（1）有效屏蔽發光中心的水分子，從而減少水分子O-H振動對發光的猝滅作用；（2）組裝帶來物理和空間的限制，極大地限制Eu³⁺配合物的分子內旋轉或振動，從而導致在水溶液中發光增強。基于SAIL效應，利用瞬態熒光和穩態熒光研究了Eu-NPs的測溫性質，也可以通過比率型熒光信號實現對次氯酸的特異性檢測（如圖1所示）。除此之外，還利用組裝體進行了活細胞水平HClO成像研究。本工作不僅為合理設計稀土發光配合物的組裝體和可控FRET體系的構建提供了一種新策略，同時還提供了一種增強稀土配合物在水溶液中發光和穩定性的新方法。

圖1、 Eu³⁺配合物自組裝誘導發光（SAIL）示意圖及其在溫度和HClO生物成像中的應用

二、 基于原位配位反應進行配合物與材料基質的雜化組裝研究，并進一步利用界面效應調控配合物與材料基質之間相互作用，提高了材料的穩定性，并實現了基質與配合物的功能復合（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 8654-8658，如圖2所示）。利用界面效應調控配合物與材料基質之間相互作用，提高了材料的穩定性，并實現了基質與配合物的功能復合。例如，通過將CeO_x納米顆粒均勻負載在ZIF-67衍生的中空的CoS納米籠表面，通過控制CeO_x的用量實現Co²⁺/Co³⁺比例的準確調控，誘導活性缺陷位點的生成，從而顯著促進水氧化進程的進行，CeO_x保護層能有效阻止CoS的氧化和活性成分流失進而提升催化劑的穩定性。

圖2、基于界面效應實現配合物與材料基質的功能復合

微/納米膠囊組裝體具有可修飾的殼層、高暴露表面和大的容納空間，在藥物輸送、氣體儲存和催化等方面具有巨大的應用潛力。唐瑜教授團隊在制備金屬有機框架材料MIL-88A 的前驅體里引入稀土Ce³⁺離子，并通過合理調節Ce³⁺和尿素的摻雜量，一步合成出不同長徑比的中空納米水滑石 微膠囊，基于稀土離子的親氧性和協同配位作用，可穩定MIL-88A的初始形貌，同時可以通過Ce³⁺離子的摻雜量控制微膠囊壁厚，工作發表在Energy Environ. Sci.上，并為該雜志年度hot article（圖3，Energy Environ. Sci., 2020, 13, 2949-2956）。

圖3、稀土離子配位作用誘導生長中空MOF 微膠囊結構

三、 利用原位配位反應和配體/材料基質的刺激響應性設計，在一種材料體系實現稀土多維度/多重刺激響應型光學信息存儲。選擇具有發光特征的碳量子點為材料基質，利用配位組裝在碳量子點上“嫁接”對酸堿性氣氛能產生熒光信號響應的Eu³⁺配合物，實現了材料體系熒光光譜和壽命的協同調制，有效提高了光學編碼容量和安全性，為稀土配合物在光學編碼材料領域應用提供了新的研究視角（Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 2689-2693，如圖4所示）。

圖4、材料體系稀土熒光光譜和壽命協同調制用于光學編碼

同時，基于配體交換反應實現了稀土配合物與鈣鈦礦量子點的雜化組裝，在大幅度提高鈣鈦礦量子點水穩定性的同時，將稀土配合物發光的酸堿響應性與鈣鈦礦量子點發光的溫度響應性充分復合在一起。這種優越的特性可以應用于多重刺激響應型光學編碼體系，從而進一步提高了信息加密的安全性（ACS Nano, 2021, 15, 6266-6275，如圖5所示）。

圖5、稀土配合物與鈣鈦礦量子點雜化組裝實現多刺激響應熒光編碼材料構筑

基于以上基礎研究工作，我們團隊合成了具有刺激響應性的稀土配合物，并將它與高分子基質結合制成發光油墨，從而得到具有強熒光發射的刺激響應型熒光油墨。制備得到的稀土智能熒光防偽標簽在日光下具有很好的隱藏性，不僅可實現全光譜的熒光發射，而且通過外界刺激的調控，同時實現對發光油墨熒光性能的調控（如圖6所示），申請了三項國家發明專利（202011185652.9；202011181673.3；202011185637.4），正在實質審查階段，有極強的產業化應用前景。

圖6、稀土高等級熒光防偽標簽在不同激發波長和密鑰驅動下的可控熒光變色