微纳光子学条形码因其具有小尺寸且易于识别的特点，而被广泛应用到智能跟踪、数据存储以及高级防伪等领域。微/纳多色异质结构因其具有空间可控的发光颜色对于构筑微纳光子学条形码具有重要意义。近日，齐鲁工业大学山东省优势学科团队高振华副教授、孟宪赓教授与中科院化学研究所赵永生研究员合作，基于镧系金属-有机框架化合物（Ln-MOFs）横向外延生长策略，构筑了具有微纳多色异质结构的二维光子学条形码，作为一种高安全属性的光子学条形码，其在防伪标签领域展示了巨大的应用潜力。
Ln-MOFs由无机刚性的镧系发光金属节点与有机配体构成，这一结构特性使其同时具有无机材料优异的稳定性和有机材料良好的溶液可加工性，因此为制备性能优异的微纳米光子学条形码器件提供了理想的材料体系。由于Ln-MOFs微/纳米结构的一维生长属性，其所构筑的微纳光子学条形码编码容量十分有限，因此设计具有二维属性的Ln-MOFs横向微/纳异质结构对于增加条形码的编码容量以及提高安全属性具有非常重要的意义。目前已有多种方法成功构筑了二维MOFs微纳结构，然而这些方式一般适用于具有二维的网络拓扑结构MOFs材料，无法有效应用于三维网络拓扑结构的Ln-MOFs的可控构筑，因此阻碍了基于二维Ln-MOFs光子学条形码器件的进一步发展。
基于上述研究现状及面临的问题，齐鲁工业大学材料学院研究团队首次精准可控构筑了基于镧系金属-有机框架化合物（Ln-MOFs）横向外延微纳多色异质结构的二维光子学条形码（图1），从而为该领域所面临的问题提出了有效解决策略。提出利用客体诱导的空间位阻效应调控Ln-MOFs不同晶向生长速率的有效机制，从而制备了具有不同纵横比属性的Ln-MOFs微纳结构。进而利用异质外延的方法精准可控制备了镧系二维多色复合MOFs异质结，不同异质区域展现出的不同的发光特征以及镧系离子特有的锐利发射峰构成了MOFs异质结构的指纹信息，这些丰富的指纹信息为进一步设计高编码容量的防伪器件奠定了强大基础。
图1. 横向外延Ln-MOFs微纳多色异质结构的可控构筑
研究人员进一步创新性的对这些易于分辨光谱进行编码，从而构筑了二维光子学条形码的安全标签，这些安全标签最终在防伪领域显示了巨大的应用潜力（图2）。本工作在分子水平上对MOFs组装机制进行了深入研究，并对柔性纳米光子学材料的理性设计提供了新思路。
图2. Ln-MOFs横向外延微纳多色异质结构的二维光子学条形码在防伪领域的应用
这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上，齐鲁工业大学高振华副教授为该论文的第一作者与通讯作者，齐鲁工业大学孟宪赓教授以及中科院化学所赵永生研究员为该论文的共同通讯作者。
Laterally Engineering Ln-MOFs Epitaxial Heterostructures for Spatially Resolved Planar 2D Photonic Barcoding
Zhenhua Gao,* Shuo Yang, Baoyuan Xu, Tongjin Zhang, Shunwei Chen, Weiguang Zhang, Xun Sun, Zifei Wang, Xue Wang, Xiangeng Meng,* and Yong Sheng Zhao*
Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202109336
高振华博士简介：齐鲁工业大学（山东省科学院）副教授，硕士生导师。2018年博士毕业于中科院化学研究所，同年入职于齐鲁工业大学。主持国家自然科学基金与齐鲁工业大学人才引进科研启动基金各1项。以第一作者或通讯作者在国际知名期刊Angew. Chem. Int. Ed. (4), Advanced Materials, National Science Review, ACS Nano, ACS Appl. Mater. Interfaces，Nanoscale 等发表SCI论文多篇，申请中国发明专利4项，研究成果入选“2017年度中国光学十大进展”。担任Angew. Chem. Int. Ed., Advanced Optical Materials, ACS Appl. Mater. Interfaces等国际知名期刊审稿人。
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