多足苯甲酸铕(III)发光材料的结构设计、荧光增强机制与温度传感功能研究

针对苯甲酸稀土发光材料需添加辅助配体导致成本高的问题，天津工业大学团队设计出以柔性多元醇为骨架的多足苯甲酸配体(L1–3)，通过溶剂热法构建了具有金属-有机框架结构(Eu-LnMOF)的新型发光材料。该材料无需辅助配体即展现高发光强度、长荧光寿命及优异热稳定性，并成功开发基于Eu-L2MOF的荧光温度计，为稀土发光材料的低成本化与功能化应用提供新思路。

　　

在有机稀土化学领域，苯甲酸类发光材料因其多样的配位方式、高色纯度和优异的发光稳定性备受关注。然而，这类材料通常需要添加如1,10-菲啰啉等辅助配体才能实现强发光，不仅增加成本，还限制了实际应用。更棘手的是，传统苯甲酸稀土配合物存在聚集导致的荧光猝灭问题。如何通过分子设计突破这些限制，成为研究者亟待解决的难题。

天津工业大学的研究团队从支化聚合物中获得灵感，创新性地采用柔性多元醇为核心骨架，通过酯化反应连接多个苯甲酸单元，设计出三种新型多足苯甲酸配体(L^1–3)。这些配体如同"分子章鱼"，其多足结构能有效包围铕离子(Eu³⁺)，通过溶剂热法成功构建了具有金属-有机框架(MOF, Metal-Organic Framework)结构的发光材料(Eu-L^1–3MOF)。该成果发表于《Materials Research Bulletin》，为开发低成本、高性能稀土发光材料提供了全新策略。

研究团队运用了四大关键技术：溶剂热法构建MOF结构、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)验证配体结构、荧光寿命分析评估能量传递效率、以及基于温度依赖荧光特性的器件集成技术。通过系统表征发现，多足配体的分支结构不仅能增强紫外吸收，还可通过"天线效应"(antenna effect)将能量高效传递给Eu³⁺，使材料在无辅助配体条件下仍具备优异性能。

结构设计与表征
通过核磁共振氢谱(¹H NMR)和电喷雾质谱(ESI-MS)证实了配体L^1–3的成功合成。FT-IR光谱显示，配体中酯键(C=O)和苯环的特征振动峰清晰可见，而MOF材料中羧酸根对称/不对称伸缩振动峰的变化证实了Eu³⁺与配体的有效配位。

荧光性能突破
Eu-L^1–3MOF展现出三大优势：激发态寿命长达0.82–1.15毫秒、色纯度超过98%、量子产率达32%。特别值得注意的是，其发光强度比传统单齿苯甲酸配合物提高近20倍，这归功于多足配体形成的刚性MOF结构有效抑制了分子振动导致的能量损耗。

环境响应特性
选择性能最优的Eu-L²MOF进行深入研究，发现其荧光强度在pH 4–10范围内保持稳定。更引人注目的是，在298–358 K温度区间内，材料的荧光寿命与温度呈线性关系，据此设计的测温装置灵敏度达0.85% K^-1，远超多数稀土基温度传感器。

机制解析
理论计算表明，配体的最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占分子轨道(LUMO)能级差恰好匹配Eu³⁺的激发能级，这种能级对齐特性是高效能量传递的结构基础。MOF的孔道结构还赋予材料优异的溶剂耐受性，在甲醇、丙酮等有机溶剂中浸泡72小时后仍保持90%以上发光强度。

这项研究通过巧妙的分子工程，实现了苯甲酸稀土发光材料的性能突破与应用拓展。Bowen Cheng团队提出的多足配体设计策略，不仅解决了辅助配体依赖性问题，还开发出具有温度传感功能的新型智能材料。该工作对荧光检测、环境监测乃至生物医学成像等领域都具有重要启示——通过精确调控配体空间构型，可定向优化稀土材料的能量传递路径，为下一代功能化发光材料的开发提供了普适性设计原则。未来，通过引入其他稀土离子(如Tb³⁺、Tm³⁺)构建多色发光体系，或进一步拓展这类材料在多重刺激响应器件中的应用，将成为值得探索的方向。