基于反式乌头酸配体的绿光型铽(III)配合物及其制备方法与流程

本发明属于光学材料应用技术领域，具体涉及一种基于反式乌头酸配体的发绿光的晶态铽(III)荧光材料：[Tb(L)(DMF)(H₂O)₂]_n(其中，L为反式乌头酸根阴离子，DMF为N,N-二甲基甲酰胺)，及其制备方法以及其作为荧光材料在发光分子器件和荧光探针等领域的应用。

背景技术：

随着无机多孔材料以及合成化学的迅猛发展，金属有机框架材料(Metal Organic Frameworks，MOFs)作为一种新型的多孔材料近年来受到了广泛关注。金属有机框架材料不但具有与传统沸石分子筛材料类似的多孔晶体结构，而且其结构还具有可裁剪性和易功能化的特性，在催化、气体吸附、气体分离、光学材料等领域具有广阔的应用前景。[Chem.Soc.Rev.,2008,37:191-214；Chem.Soc.Rev.,2009,38:1257-1283；Nature,2003,423:705-714]稀土离子因其具有特殊的电子结构和成键特征，可以表现出独特的荧光性质，而通过与配体的作用，又可以增强其荧光强度，因此稀土配合物的研究为荧光材料分子的设计提供了广阔的前景。目前设计和合成含有稀土离子，尤其是Eu³⁺、Tb³⁺的金属配合物,使之作为发光分子器件和荧光探针是稀土配位化学研究领域的重要课题之一。[Chem.Soc.Rev.,2009,38:1477-1504]

技术实现要素：

本发明的目的旨在开发一种新型晶态铽(III)荧光材料，同时提供此材料的制备方法及其作为荧光材料在发光分子器件和荧光探针等领域的应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种晶态铽(III)荧光材料，所述晶态铽(III)荧光材料的分子式为[Tb(L)(DMF)(H₂O)₂]_n(其中，L为反式乌头酸根，DMF为N,N-二甲基甲酰胺)，晶态铽(III)荧光材料的单晶结构具有二维层状结构，所述的二维层状结构的不对称构筑单元包含一个三价铽离子、一个三价反式乌头酸根配体、一个DMF分子和两个末端配位水分子。

所述的晶态铽(III)荧光材料的制备方法，步骤如下：将硝酸铽、反式乌头酸的水溶液加入反应瓶中，然后加入DMF，在搅拌的条件下逐滴加入氢氧化钠水溶液，将体系的pH调到2.2～3.0，搅拌5～10min后密封，在85～100℃的恒温条件下加热20～48h，冷却至室温，过滤、室温干燥得到所述铽(III)荧光材料。

所述硝酸铽与反式乌头酸的物质的量之比为1:2～20。

以0.2mmol硝酸铽基准，所述DMF的用量为2～10mL。

以0.2mmol硝酸铽为基准，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.1～2.0mol/L。

所述的晶态铽(III)荧光材料作为发光材料在发光分子器件和荧光探针领域中的应用。

本发明的有益效果：本发明的晶态铽(III)荧光材料的合成和提纯方法简单，条件温和，成本低廉，荧光性能良好，可以满足工业发展的需求，作为荧光材料在发光分子器件和荧光探针等领域具有好的应用前景。

附图说明

图1为本发明晶态铽(III)荧光材料单晶结构中不对称铽离子的配位环境。

图2为本发明晶态铽(III)荧光材料单晶结构中反式乌头酸配体的配位方式。

图3为本发明晶态铽(III)荧光材料单晶结构的二维层状结构。

图4为实施例1制备得到的晶态铽(III)荧光材料的理论(下)和实测(上)PXRD图。

图5为实施例1制备得到的晶态铽(III)荧光材料的固体荧光发射光谱图。

具体实施方式

为进一步阐释本发明，下面给出一系列实施例。这些实施例完全是例证性的，它们仅用来对本发明进行具体描述，不应当理解为对本发明的限制。

实施例1

本实施例的晶态铽(III)荧光材料的制备方法如下：

将200微升1mol/L的Tb(NO₃)₃的水溶液和2000微升0.2mol/L的反式乌头酸的水溶液放在15mL的小瓶中，然后加入3mL DMF，在搅拌的情况下，逐滴加入1mol/L的氢氧化钠水溶液将pH调到2.5，搅拌10分钟后密封，然后放在恒温干燥箱中90℃恒温加热24h，冷却至室温，可得大量无色晶体，过滤，水洗三次，室温干燥得到晶态铽(III)荧光材料，产量为0.080g,产率为91.1％。

(1)通过Bruker D8 ADVANCE粉末X射线衍射仪对所得晶体样品进行表征，所得实测和理论的PXRD图谱的峰值位置一致(见附图4)，且无杂峰出现，证明了所得晶态铽(III)荧光材料纯度好，无杂质。

(2)本实施例的晶态铽(III)荧光材料的晶体数据

通过Bruker D8 Quest CMOS单晶X射线衍射仪对其单晶进行检测，对所得数据解析和精修可得到：分子式为C₉H₁₄TbNO₉，分子量为439.13，单斜晶系P_21/c空间群，晶胞参数α＝90°,β＝102.842(2)°,γ＝90°，晶胞体积V＝1325.61(12),密度为2.172g/cm³，Z＝4。

(3)本实施例的晶态铽(III)荧光材料的固体荧光发射光谱

在室温下研究了所得晶态样品的固体荧光(见附图5)。所得配合物具有铽离子的特征发光，在491、546、586和623nm处具有四个窄的发射带，这可归因于Tb³⁺离子的⁵D₄→⁷F^J(J＝6,5,4,3)跃迁。其中在546nm处峰强度最强，配合物发强的绿光。

实施例2

本实施例的晶态铽(III)荧光材料的制备方法，步骤如下

将300微升1mol/L的Tb(NO₃)₃的水溶液和6000微升0.2mol/L的反式乌头酸的水溶液放在15mL的小瓶中，然后加入6mL DMF，在搅拌的情况下，逐滴加入2mol/L的氢氧化钠水溶液将pH调到3.0，搅拌8分钟后密封，然后放在恒温干燥箱中100℃恒温加热48h，冷却至室温，过滤、室温干燥得到所述铽(III)荧光材料。

实施例3

本实施例的晶态铽(III)荧光材料的制备方法，步骤如下

将100微升1mol/L的Tb(NO₃)₃的水溶液和5000微升0.2mol/L的反式乌头酸的水溶液放在15mL的小瓶中，然后加入5mL DMF，在搅拌的情况下，逐滴加入1mol/L的氢氧化钠水溶液将pH调到2.8，搅拌5分钟后密封，然后放在恒温干燥箱中95℃恒温加热24h，冷却至室温，过滤、室温干燥得到所述铽(III)荧光材料。

实施例4

本实施例的晶态铽(III)荧光材料的制备方法，步骤如下

将500微升1mol/L的Tb(NO₃)₃的水溶液和8000微升0.2mol/L的反式乌头酸的水溶液放在30mL的小瓶中，然后加入12mL DMF，在搅拌的情况下，逐滴加入2mol/L的氢氧化钠水溶液将pH调到2.0，搅拌6分钟后密封，然后放在恒温干燥箱中85℃恒温加热20h，冷却至室温，过滤、室温干燥得到所述铽(III)荧光材料。

实施例5

本实施例的晶态铽(III)荧光材料的制备方法，步骤如下

将50微升1mol/L的Tb(NO₃)₃的水溶液和5000微升0.2mol/L的反式乌头酸的水溶液放在15mL的小瓶中，然后加入2.5mL DMF，在搅拌的情况下，逐滴加入0.1mol/L的氢氧化钠水溶液将pH调到2.5，搅拌10分钟后密封，然后放在恒温干燥箱中90℃恒温加热30h，冷却至室温，过滤、室温干燥得到所述铽(III)荧光材料。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。