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层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类重要的无机材料,其独特的二维限域环境可提高层间客体分子的分散性和稳定性,因此基于LDHs复合功能材料的研究工作日益增多。有机发光材料具有发光强,功能丰富等优点,广泛应用于显示、照明等领域,但是有机分子易聚集,存在严重的淬灭效应。本论文选取LDHs为主体,中性荧光分子为客体,利用基于氢键等弱相互作用力的层层自组装方法成功制备了几种中性荧光分子/LDHs纳米复合发光薄膜。中性荧光分子包括蓝光聚合物聚乙烯咔唑(PVK),绿光金属配合物8-羟基喹啉铝(Alq3)和三[2-(4,6-二氟苯基)吡啶C2,N]合铱(Ⅲ) (Ir(F2ppy)3),以及红色激光染料4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(4-二甲基氨基)-4H-吡喃(DCM)。通过优化组装条件,得到了一系列发光性能不同的磷光和荧光薄膜。基于复合薄膜的特殊发光性能及其二维层间的FRET过程,该薄膜对挥发性有机化合物(VOC)具有荧光响应性能,且具有良好的可逆性和稳定性,并进一步研究了可能的响应机理。本论文的研究工作为有机-无机复合材料的设计制备和应用研究做了有益探索。本论文的主要研究内容如下：1、Ir(F2ppy)3@PVK/LDH磷光超薄膜的构筑及其VOC传感性能研究：选取中性聚合物PVK和磷光铱(Ⅲ)配合物Ir(F2ppy)3为客体,MgAl-LDHs纳米片为主体,采用层层组装法构筑超薄膜。小角XRD、 SEM、AFM等结果表明基于聚合物柔性链的缠绕作用和聚合物与LDHs之间氢键作用力组装得到的薄膜均匀有序。稳态和瞬态荧光分析表明薄膜呈现的是受体Ir(F2ppy)3的荧光,寿命高达885 ns,而给体PVK的荧光几乎完全淬灭,能量转移(FRET)效率为0.89,表明LDHs层间的二维限域环境有利于提高FRET的效率。此外,这种独特的二维无机／有机复合超薄膜对VOCs有吸附作用,VOCs分子进入亲油性层间影响FRET过程：当吸附VOCs时,FRET过程被打断,薄膜呈现给体PVK的蓝色荧光；解吸附时FRET过程恢复,薄膜呈现受体Ir(F2ppy)3的绿色磷光,实现“开／关”两态的荧光转变。该磷光薄膜对VOCs的响应具有快速、灵敏、可逆等优点,可用作磷光传感器用于检测普通VOCs。2、PS-PAA@DCM/LDH发光薄膜的构筑及其溶致变色性能研究：选择两亲性共聚物聚(苯乙烯-b-丙烯酸)(PS-b-PAA)和中性D-A型红光染料DCM,利用PS-b-PAA在水溶液中可自发形成核-壳结构胶粒的特性,将中性DCM分子包裹入其疏水腔内,再与LDHs纳米片层层组装得到PS-PAA@DCM/LDH发光超薄膜。PS-b-PAA的疏水核和LDHs纳米片对DCM起到了良好的分散作用,复合发光薄膜保持了DCM原有的橙色荧光性能,来源于DCM分子的局域激发态特性(locally excited, LE) 。由于DCM具有溶致变色性能,在极性环境中给电子基和受电子基产生强烈的电荷分离,呈现出Stocks位移,来源于DCM扭曲的分子内电荷转移性质(twisted intramolecular chargetransfer, TICT)。因此,该复合薄膜表现出典型DCM分子溶剂化的荧光特征,其荧光性质强烈依赖于溶剂的极性。当薄膜置于不同极性的VOCs蒸气中时,荧光从560 nm到600 nm可调,薄膜颜色发生由橙到红的可视化变化。由于PS-PAA@DCM/LDH薄膜独特的二维有序结构,VOCs挥发后,超薄膜恢复局域激发态荧光,从而显示了对不同极性VOCs可逆荧光响应。利用PS-PAA@DCM/LDH发光薄膜的溶致变色性能可将其用于检测极性VOCs。这项工作发现了DCM染料在VOCs极性传感器的潜在应用价值。3、LDH基二步级联FRET发光超薄膜的构筑及其对VOC的选择性响应研究：选择四种发光分子：蓝光PVK,绿光Alq3和Ir(F2ppy)3,和红光DCM,选用不同的组合与LDHs层层组装制备了三种FRET发光超薄膜：PVK@DCM/LDH, PVK@Alq3@DCM/LDH, PVK@Ir(F2ppy)3@DCM/LDH 。相比于有机分子混合溶液,组装薄膜明显抑制了有机发光分子的聚集淬灭,利用LDHs的限域效应和层间FRET过程,有效地分散了层间的有机分子,提高了复合薄膜的发光效率。荧光光谱表明LDHs二维层间的二步级联FRET比一步FRET过程能量转移效率更高,且磷光配合物Ir(F2ppy)3更促进了三线态-单线态的能量转移,显著增强了DCM染料的发光强度和荧光寿命。我们将具有优异发光性能的PVK@Ir(F2ppy)3@DCM/LDH薄膜置于不同VOCs蒸气中,发现薄膜在不同VOCs中呈现不同发光信号,剧毒溶剂硝基苯甚至能够完全淬灭薄膜荧光。机理研究表明VOC能够溶胀聚合物和LDHs层板,进而影响层间的二步级联FRET过程,影响薄膜的荧光性能。该薄膜对VOCs的选择性识别作用使其在荧光传感领域具有潜在的应用价值。