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齐鲁工业大学高振华教授课题组近年来工作概览

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2024-12-30 08:09

正文

注：文末有 课题组青年教师招聘信息

高振华，齐鲁工业大学（山东省科学院）材料学部教授，博士生导师，泰山学者青年专家，首届校青年卓越人才（三年内支持10人）。2018年6月中国科学院化学研究所物理化学专业博士毕业，师从赵永生研究员（国家杰青）与姚建年院士；主要从事有机微纳光子学编码材料与器件领域的研究工作。先后主持了国家自然科学青年基金/面上项目，泰山学者青年专家、山东省优秀青年科学基金等多项省部级以上科研课题。以通讯或第一作者在国际高水平期刊发表SCI检索论文17篇，包括国际顶刊 Angew. Chem. Int. Ed. (5篇)、 Adv. Mater. (1篇)、 Nat. Sci. Rev. (1篇)、 ACS Nano (3篇)、 Chem. Mater . (1篇)、 Small (1篇)等。获授权中国发明专利5项。研究工作得到Advanced Science News、Wiley Chem等学术媒体的广泛报道，其中有机微纳隐藏光子学条形码的研究成果入选“2017年度中国光学十大进展”（首位作者）。

高振华教授

下面以高振华教授代表性的文章来简要介绍该课题组近年来所取得的成果。

（一）有机二维微纳编码结构有效提升编码容量

微纳多色异质结构在空间中集成了丰富的光学元素，有利于构建具有高编码容量的光子学条形码器件。然而，由于受限于严重的晶格失配以及热力学平衡形貌制约，微纳晶态异质结构的精准构筑与有效调控面临着巨大挑战。针对此问题，高教授课题组提出了通过空间位阻效应调控金属-有机框架晶体中不同晶向生长速率的有效机制，从而突破了热力学控制的产物形貌局限，有效构筑了具有不同维度（一维/二维）的微纳发光异质结构（图1）。进而创新性地对二维异质结构进行数字化编码，成功构筑了二维光子学条形码安全标签，从而进一步提升了光子学条形码的编码容量。该工作对于在分子水平上深入理解框架结构组装机制并对理性构建高编码容量的微纳光子学编码器件提供了新思路，并被遴选为 Angew. Chem. Int. Ed. 的热点论文与封面文章（ Angew. Chem. Int. Ed. 2021 , 60 , 24519-24525）。

图1. 基于客体诱导的空间位阻效应构筑二维有机晶态微纳多色异质结构及其文章背封面

（二）有机超异质结构突破编码容量限制

由于晶体表面钝化失活，晶体无法持续外延生长，导致有机异质结构中空间模块数量无法有效拓展，从而限制了有机微纳编码器件的编码容量进一步提升。针对传统分子自组装难以拓展空间模块数量问题，高教授课题组提出了以有机异质模块代替分子模块来构建晶面取向排列的有机超异质结构的定向组装策略（图2）。首先制备了具有各向异性且规则形貌的有机异质微晶作为单元组装模块，通过理论计算分析了各个晶面的表面能以及暴露的基团。利用质子溶剂与微晶特定晶面具有较强的相互作用特点，成功将将多个单模块异质结定向组装于同一超异质结构中，最终获得了多模块有序集成的有机超异质结构。有机多色超异质结构在空间上输出丰富的光子学信号，对不同属性的光学信号进行采集、解析以及光子学编码，从而构建了多个编码态，为信息容量及信息安全强度的提高提供了非常优异的体系（ ACS Nano 2023 , 17 , 6341-6349）。

图2. 基于定向组装策略构筑晶面取向排列的有机超异质结构

（三）具有高分辨光谱属性的激光微纳谐振腔结构的理性创制

微纳规则晶体可以有效限域光子，构成了一类天然的高性能自反馈光学谐振腔，调制后的锐利光谱携带微腔指纹信息，有利于构建高分辨的光子学条形码。然而，由于晶体本征的生长各向异性，光子在不同晶面反射时产生极大散射损耗，从而降低光谱分辨率。针对限制光子学领域这一关键难题，高振华教授课题组提出了一种基于拓扑扭曲机制构筑无定形金属-有机框架微球激光器的研究思路，从物质柔性分子设计、配位调控以及拓扑网络结构组装等角度揭示了具有分子光滑界面的高品质谐振腔的合成规律（图3）。微球谐振腔品质因子高达 10 ⁴ ，这是目前国际上已报道的品质因子最高的分子框架结构共振腔。进一步通过调控前驱体浓度获得了支持单一模式的超小微纳激光器，获得的单模激光具有高时域及空间相干性，有效避免了信号的随机波动和伪信号的产生。同时具有极窄线宽信号(小于0.1 nm)，从而有力提升了光谱的读取分辨率（ Angew. Chem. Int. Ed . 2021 , 60 , 6362-6366）。

图3. 具有拓扑扭曲结构的无定形金属-有机框架微球激光器的可控构筑

（四）基于分子间电荷转移调控构建有机全色及异质微环谐振腔

高教授课题组提出了软模版限域组装策略，精准调控了分子堆积取向与自弯曲成环，从而成功构筑了有机微环谐振腔。进一步通过在自组装过程中精确调节给受体分子间电荷转移强度，在电子给体和电子受体分子间电荷转移协同作用下，在国际上首次报道了全色光谱输出的有机回音壁模式（WGM）微环谐振腔（图4）。进而控制异质乳液之间的定向扩散，最终获得了具有电荷转移强度差异分布的多色异质微环谐振腔。不同异质区域展现出的独特发光特征以及微腔调制后特有的锐利发射峰构成了异质微环结构的指纹信息，通过进一步对这些易于分辨光谱进行创新性编码，构筑了具有高编码容量与高安全性能的光子学条形码安全标签，并被遴选为 Angew. Chem. Int. Ed. 的热点论文与封面文章（ Angew. Chem. Int. Ed. 2023 , e202310263）。

图4. 基于分子间电荷转移激发态构建有机异质微环谐振腔示意图及其文章背封面

（五）光子条形码的有效编码机制，实现微纳编码器件的防伪功能应用

低维多段异质结具有易于识别的图案特征，在构筑多色光子学条形码领域展示了巨大的潜力。然而，目前的微纳异质结主要呈现静态的发射图案，容易被窃取与仿制，从而限制了其作为高级安全标签的应用。因此，发展一种具有智能响应特性的微纳异质结构对于防伪标签的构筑具有重要意义。然而，受限于智能发光材料选择与晶格失配问题，不同智能响应单元模块的有效集成仍面临很大困难。高振华教授课题组通过结合异质外延与协同温敏响应技术，首次构筑了具有全模块空间智能响应的镧系MOFs微纳异质结构（图5）。首先利用异质外延策略精准构筑了多色复合微纳异质结，不同异质区域展现出独特的发光特征构成了该结构的指纹信息。进一步开发了动态调控不同镧系离子之间能量转移过程的协同温敏响应技术，从而对每个异质模块的发光颜色进行独立有效控制，首次实现了具有空间智能响应的多色微纳异质结构，从而成功设计了隐藏性的光子学条形码，作为安全标签在防伪领域显示了巨大的应用潜力（ Angew. Chem. Int. Ed. 2020 , 59 , 19060-19064）。

图5. 基于空间响应的有机晶态微纳多色异质结构的隐藏光子学条形码

至此，本文简要介绍了高振华教授课题组的五篇重要工作。该课题组在有机微纳光子学结构可控组装以及有机激发态精准调控方面取得了重要科学进展，极大促进了有机微纳编码器件的构建及防伪应用。每篇论文从开篇到结束都贯穿着严谨的科学论证分析。

齐鲁工业大学青年卓越人才/泰山学者-高振华团队诚招青年教师

1. 单位介绍

齐鲁工业大学（山东省科学院）是山东省人民政府整合原齐鲁工业大学、山东省科学院而组建的省属重点高校。学校坚持聚焦新旧动能转换重大工程和科教融合发展战略，发挥学校在人才培养和科技创新体系中的引领作用，努力为经济社会发展做出贡献。化学、工程、材料科学、农业科学等8个学科进入ESI 世界学术机构排名前1%。共有5个博士学位授权一级学科、1个博士专业学位授权类别、18个硕士学位授权一级学科。建有省部共建国家重点实验室1个、国家超级计算中心1个、国家国际科技合作基地（联合研究中心）3个、国家引才引智示范基地1个等；材料科学与工程学院具有1个博士学位授权点，两个国家一流专业建设点，材料科学与工程一级学科硕士学位授予权，材料和化工专业硕士学位授予权。

齐鲁工业大学材料学部高振华课题组致力于有机微纳光子学材料组装与激发态过程调控研究。因实验室科研工作需要，以及应齐鲁工业大学青年卓越人才计划项目支持措施，现热忱邀请志同道合青年老师（1-2名）组建科研团队。

2. 课题组介绍

高振华，齐鲁工业大学材料学院教授，博士生导师，泰山学者青年专家，齐鲁工业大学首届青年卓越人才（三年内支持10人左右）。2018年博士毕业于中国科学院化学研究所，师从赵永生研究员（杰青）与姚建年院士。主要从事有机微纳光子学编码材料与器件领域的研究工作，先后主持了国家自然科学基金青年/面上项目，泰山学者青年专家、山东省优秀青年科学基金等多项省部级以上科研课题。候选人累计发表SCI检索论文45篇，其中以第一作者或通讯作者在国际高水平期刊发表论文17篇，包括国际顶刊 Angew. Chem. Int. Ed. (5篇)、 Adv. Mater. (1篇)、 Nat. Sci. Rev. (1篇)、 ACS Nano (3篇)、 Chem. Mater. （1篇）、 Small （1篇）等，论文引用1600余次。获授权中国发明专利5项。其中“有机微纳隐藏光子学条形码”的研究成果入选“中国光学年度十大进展”。

齐鲁工业大学高振华教授课题组近年来工作概览

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