钱国栋课题组在单个MOFs微晶中实现基于F-P腔的双波段激射

浙江大学钱国栋教授课题组通过离子交换方式，将两种吡啶季铵盐类阳离子型染料DSM与DABP组装进入阴离子型金属-有机框架材料bio-MOF-1-2Me晶体中。该体系能够显著减少染料分子的聚集诱导荧光猝灭从而提高其发光效率，使两种染料的量子效率分别从溶液状态的0.61%与0.94%提高到45.23%与36.37%。

法布里-珀罗（F-P）腔是最成熟、简单而高效的光学谐振腔结构之一。基于F-P腔的多波长或多波段激光器具有广泛的应用前景。然而，实现这种类型的激光器通常需结合多个独立的激光元件，存在着操作复杂、成本高、体积大等问题。固态微纳激光器能够有效解决以上问题，可依托同一微尺寸平台产生不同波长或波段的激光。但F-P谐振腔通常需要配置额外的反射腔面，显然这不利于制备固态微型激光器。目前，基于F-P微腔的研究主要集中在半导体纳米结构单波段发射，在多波段激光方面却鲜有报道，主要原因是由于传统技术手段难以将不同的异质结构组装在同一F-P微腔结构中。

金属-有机框架材料（MOFs）因其独特的微孔结构而成为当前材料、化学研究领域的前沿热点之一。利用主-客体系策略，MOFs材料能够实现与客体光子功能基元复合从而制备出新型光子功能材料。MOFs的规则晶体形貌和光滑晶体表面提供了天然的腔体结构。光子活性物质（如有机染料）组装到MOFs的微孔中，最大程度地发挥其孔道限域作用，促进增益介质的均匀分散，减少聚集诱导荧光猝灭效应。

浙江大学钱国栋教授课题组通过离子交换方式，将两种吡啶季铵盐类阳离子型染料4-[p-(dimethylamino) styryl]-1-methylpyridinium (DSM)与

4-((1E,3E)-4-(4(dimethylamino)phenyl)buta-1,3-dien-1-yl)-1-methylpyridinium (DABP)组装进入阴离子型金属-有机框架材料bio-MOF-1-2Me晶体中。该体系能够显著减少染料分子的聚集诱导荧光猝灭从而提高其发光效率，使两种染料的量子效率分别从溶液状态的0.61%与0.94%提高到45.23%与36.37%。通过两步组装策略，先后将两种染料高浓度组装入统一bio-MOF-1-2Me晶体中。利用MOFs晶体的天然晶面作为F-P谐振腔的反射镜面，实现了在532 nm激光泵浦下的双波段（615 nm和685 nm）激射现象。该研究为合理设计基于F-P腔的多波段微激光器提出了一种简单、低成本的有效途径。

图1 染料装载进入MOFs材料示意图及双波段激射现象

该成果以“Dual-band simultaneous lasing in MOFs single crystals with Fabry–Perot microcavities”为题，最新在线发表于Science China Chemistry上。

详见：Hongjun Li, Huajun He, Jiancan Yu, Yuanjing Cui, Yu Yang, Guodong Qian*, Dual-band simultaneous lasing in MOFs single crystals with Fabry–Perot microcavities. Sci. China Chem., 2019, doi:10.1007/s11426-019-9485-4

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钱国栋，浙江大学材料科学与工程学院求是特聘教授，博士生导师。教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。现任浙江大学无机非金属材料研究所所长，硅材料国家重点实验室副主任，国务院学位委员会第七届学科评议组成员；先后入选教育部“跨世纪优秀人才”培养计划和浙江省“万人计划”杰出人才、“新世纪151人才工程”重点培养人选。长期从事无机-有机杂化功能材料及其在生物与环境传感检测、非线性光学、发光显示等领域应用探索研究。

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