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仪表网 研发快讯】近年来，新型发光共价有机框架(COFs)材料因其可定向设计的化学结构、可调的光物理特性和光学响应性能，引起了相关领域的广泛关注。然而，高效的光致发光COFs仍较为稀缺，且缺乏具有普适性的构建策略，限制了COFs在光电器件、传感器等领域的发展与应用。
中国科学院新疆理化技术研究所窦新存研究员团队前期研究发现，连接单元共轭程度不同的COFs中，环己烷连接的COF具有远优于其他COFs的固态光致发光量子产率(高达73%)，甚至高于四联苯乙烯单体本身(Cell Reports Physical Science 2025, 6, 102721)。为了进一步探究该类高发光材料的机理，团队提出以石墨烯量子点(GQDs)的发光机制为切入点，指出石墨烯可通过还原/氧化切割方法制备具有优异发光效率的GQDs材料，其本质在于当材料的物理尺寸减小至接近其激子玻尔半径时，激子结合能增大、连续能带分裂为离散能级，实现量子限域，从而提高材料光致发光量子效率。而二维COFs通常被认为具有与石墨烯类似的面内共轭结构，这为在COFs中利用共轭结构调控实现量子限域提供了可能。通过总结发光COFs的设计策略及瞬态光谱研究，指出在二维COFs中，激子可借助面内扩展的共轭结构和π电子离域在片段间转移，从而引发激子-激子湮灭和光致发光淬灭。并通过前期实验中的激子动力学研究结果，即COFs可通过减弱或中断共轭作用实现量子限域，抑制光生激子的扩散和湮灭，进而增强光致发光强度，证实了这一论点。最后，展望分析了量子限域COFs亟待突破的几项关键挑战，包括利用超快光谱技术研究高发光COFs的激子动力学、在COFs中实现量子尺寸效应、丰富非共轭连接单元的种类，以及在三维COFs中验证量子限域效应。克服这些挑战将有助于验证量子限域策略的普适性，从而推动发光COFs向实用化迈进。
该观点文章以Unlocking Bright COFs: Quantum Confinement by Molecular Design为题，发表在《材料研究述评》(Accounts of Materials Research)，中国科学院新疆理化所李佳文博士为第一作者，中国科学院新疆理化技术研究所窦新存研究员为通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目的资助。
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