近年來，基于超分子化學的組裝理念，構筑具有有序高級結構和復雜功能特性的新物質、新材料、新器件的研究引起了廣泛的關注，并在光、電、磁、吸附、催化等諸多領域帶來一系列突破性和開創性的進展。其中，利用“自下而上”的構筑策略，在有序配位空間內，合理預設、配置和優化金屬與配體的多中心結構與光功能基元，組裝具有多組分、多層次、多功能特性的單晶相金屬-有機配位光學材料，既可體現配位超分子作為結構組裝平臺的獨特空間集成與匹配協同效應，又可帶來不同于各簡單功能基元的可控復合、疊加與可調變光學性能，從而為獲得新型光調控、光響應、光轉換型光功能復合材料，并在全色域發光、照明、顯示、傳感、防偽等諸多領域實現微型芯片化、器件化提供了新的途徑。
基于上述思想，蘇成勇和潘梅研究團隊以單層稀土MOF作為晶種，通過不同稀土離子MOF的異質同晶特性和液相各向異性外延生長策略，構筑了具有亞毫米尺度的間隔色域發光多層次異核稀土MOF單晶，并實現了獨特的光譜編碼和空間編碼結合的三維微區編碼器件模型。基于初始單層稀土MOF晶核的不同空間群結晶特性，其在不同晶面呈現生長速度不同的各向異性，從而最終分別獲得了核-殼型（core-shell）和條帶型（striped）兩類不同的多層次異核稀土MOF單晶。在保持均一的周期性長程有序單晶結構的同時，其光物理特性則因不同區域稀土離子的人為控制化生長，表現出核殼或條帶狀間隔區域多色發光。利用微區熒光探測技術，通過改變多層次異核稀土MOF單晶的位置或角度，可分別實現基于不同層稀土MOF的紅、綠、藍等三基色發光，以及基于不同層間、不同入射和發射光路間組合調控的全色域多色發光和白光。同時，上述異核多稀土單晶MOF的組裝和調光特性亦可在近紅外發光的稀土離子間實現。基于此，進一步建立了一種獨特的光譜編碼與空間編碼相結合的三維微區編碼器件模型。在亞毫米尺度的單晶光學器件范圍內，通過調變不同位置和空間取向的三維操作式編碼，結合具有不同發光色域的光譜讀出式編碼，實現了高通量、多通路、多模式的全色域發光顏色可編碼性與可讀出性。從而為分層次多功能金屬-有機發光材料體系的設計提供了一種新的“自下而上”的構筑策略，并為其在集成化、微型化先進光學材料與器件領域的應用開辟了一條新的途徑。
相關研究成果發表在國際知名學術刊物《Angew. Chem. Int. Ed.》（Mei Pan, Yi-Xuan Zhu, Kai Wu, Ling Chen, Ya-Jun Hou, Shao-Yun Yin, Hai-Ping Wang, Ya-Nan Fan and Cheng-Yong Su*, Epitaxial Growth of Hetero-Ln-MOF Hierarchical Single-Crystals for Domain- and Orientation-Controlled Multi-color Luminescence 3D Coding Capability, Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 14582-14586）。
該研究工作得到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、高校科研業務費、廣州市科技計劃項目、生物無機與合成化學教育部重點實驗室和Lehn功能材料研究所的大力支持。
