有机-无机杂化复合纳米材料可以在微观尺寸上将有机和无机组分相结合, 使复合材料兼具两种组分的优点, 实现所需的性能或功能, 因此成为材料学的研究热点之一。本文以有机荧光染料罗丹明、三苯胺和金属配合物发光材料为母体, 制备出一系列对汞离子、铜离子、铁离子等常见金属离子具有明显光谱响应的探针类材料并选取合适的支撑基质组装成有机-无机复合材料, 实现了对金属离子和一些阴离子的目视比色传感。不同离子的加入及加入顺序都会对探针类材料的吸收及发光光谱造成明显的变化。以不同的金属离子或氧气作为输入值, 以吸收强度/发光强度作为输出值, 模拟了分子水平的逻辑门, 拓展了这些材料的应用。为了解决背景荧光干扰, 我们利用六角相的β-NaYF4纳米晶为激发源, 采用二氧化硅进行包覆, 然后将荧光探针分子固载到二氧化硅表面, 得到了对金属离子具有传感性能的核壳型的上转换纳米复合材料。在近红外激发下能够显示明亮的上转换绿光发射, 同时对金属离子具有较好的选择性、较高的灵敏度, 并且其荧光强度表现出对汞离子浓度的线性响应。这种纳米复合材料的上转换光学性质、汞离子传感性能使它们在分析化学、生物化学等领域有潜在的应用价值。

将具有氨基功能团的不对称中位四苯基卟啉以共价嫁接的形式固载于介孔二氧化硅薄膜。当将含有卟啉化合物的介孔薄膜材料置于酸性或碱性溶液中并取出时, 卟啉在酸性或碱性环境中的状态会被完整的保存下来, 进而实现对具有逻辑记忆功能的反馈回路(Feedback loop)的模拟。这种分子逻辑器件兼具了介孔薄膜材料的优异性质: 相对较大的表面积不但有利于输入介质与响应单元更有效地接触, 还有益于输入介质的彻底清除, 避免其残留下来影响下次逻辑输入; 周期性排布的均一孔道结构更加有利于器件的后期加工; 高的透过性使得输出(Output)更容易被光学仪器所检测。

设计并合成了荧光素酰腙类衍生物对羟基苯基荧光素酰腙(FHP), 通过对荧光素的化学修饰, 并采用酸碱以及二价铜离子为输入, 实现了对由荧光素构成的二进制计算器加密的逻辑功能。该逻辑加密功能的实现是基于荧光素酰腙类衍生物对二价铜离子的特异性响应: 在碱性环境中, 二价铜离子催化FHP完全分解并释放出具有二进制计算器逻辑功能的荧光素分子; 在酸性环境中, 二价铜离子催化FHP部分分解并与二价铜离子配位形成稳定的二价铜离子配合物, 该配合物既不能还原形成原化合物, 也不能在碱性环境中释放出荧光素分子, 导致该逻辑器件的逻辑功能被彻底破坏。基于该自毁装置的存在, 使得该逻辑加密器件的安全性进一步提高。

合成了5-(4-氨基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉(ATPP), 并成功将其以共价嫁接的形式固载于介孔二氧化硅薄膜。基于卟啉化合物对酸碱的特异性响应, 实现了对RS触发器逻辑功能的模拟。卟啉化合物被共价固载于介孔薄膜材料使得该分子逻辑器件具有相对较大的表面积、周期性排布的均一孔道结构以及高的光透过性等介孔薄膜材料的优异性质。这种混合多孔结构不但有利于嫁接于介孔材料中的卟啉与酸碱的更有效相互作用, 而且还使酸碱输入能够被更加彻底地清除。

获得了一种基于电致激基复合物的高效率白光有机电致发光器件, 采用p-i-n 结构, 有效地降低了器件的工作电压。器件的最大亮度为9 050 cd/m2, 最大功率效率为2.63 lm/W。随着电压的增加, 器件的CIE色坐标一直处于白光区域。