摘要
通过水热微波辅助法和沉淀法分别成功合成了含有亚氨基二乙酸的镧系金属氢凝胶HGLn（Ln = Eu和Gd）以及Na3[Ln(DPA)3]·9H2O复合物（DPA = 二吡啶羧酸根）。将Ln(DPA)3复合物引入HGLn氢凝胶中后，其光谱性质和机械性能得到了改善。对掺杂了Gd(DPA)3复合物的铕氢凝胶（HGEu-Gd）进行的流变学研究表明，随着复合物浓度的增加，材料的硬度显著提高。这一效应也使得HGEu-Gd杂化材料的发光强度增强。对复合物与氢凝胶基质之间相互作用的计算建模表明，这种相互作用并未影响Eu3+或Gd3+的配位对称性。然而，相应的发光寿命发生了变化，但发光光谱轮廓并未改变。杂化凝胶的发光特性既包含了单一材料的特性，也包含了氢凝胶-复合物相互作用带来的特性。
图形摘要
含有Ln(DPA)3复合物的镧系金属氢凝胶具有优异的机械性能和发光性能。复合物浓度的增加提高了材料的硬度和发光强度，同时未改变其配位对称性。计算分析显示这些凝胶保持了原有的结构特征，而发光寿命的变化揭示了氢凝胶与复合物之间的相互作用，使得这些杂化材料具有可调的性能和潜在的多功能应用前景。
1 引言
凝胶是一种柔软的材料，在我们的日常生活中有着广泛的应用，如化妆品、药品、肥皂和食品工业中都能见到它们的身影。凝胶的这些多样化的应用得益于它们独特的物理性质。凝胶的性质介于固体的弹性和液体的粘度之间[1, 2]。此外，水凝胶（主要由水组成的凝胶）因其生物相容性、可生物降解性、低成本和易于制备等优点而与其他类型的凝胶区别开来[3]。
近年来，人们对超分子金属凝胶的研究兴趣日益增加[4]。金属凝胶是一种含有凝胶剂和配位金属离子的凝胶。人们对这类凝胶兴趣的增长源于金属与配体之间多种配位模式的多样性，这有助于控制凝胶形成过程中的自组装过程，并赋予材料诸如磁性和发光等特性[5]。尽管水凝胶具有诸多优点，但它们的机械性能通常较弱，弹性较低。因此，多年来研究团队一直在努力合成具有更好机械性能的水凝胶[6-8]。
基于三价镧系离子的金属凝胶结合了这些离子的发光和磁性特性，可以应用于多种领域[9, 10]。多金属金属凝胶已经开发出来，能够对温度、pH值、超声波和离子光漂白等多种刺激作出响应[11-13]。例如，Mahapatra等人开发了基于镧系离子的超分子凝胶，其颜色发射取决于铕和铽离子的摩尔比，使其可以作为隐形防伪墨水使用。此外，这些材料还表现出对多种刺激（如加热和机械刺激）的流变响应以及pH值响应的颜色变化[14, 15]。Zhang等人则制备了一种由Poly-ligand与Eu3+/Tb3+混合离子组成的水凝胶，该凝胶能够发出白光，并可用于指纹成像、彩色OLED显示以及响应酸碱性蒸汽[16]。在之前的研究中，人们使用氨基酸亚氨基二乙酸和镧系离子制备了发光金属凝胶，这些凝胶具有作为发光二极管（LEDs）的潜力，以及基于激发波长的独特发光条形码，还可以用于制作防篡改封条和药物装载。同时，通过计算计算对这些材料的结构进行了阐明[17-19。
从这一角度来看，也有报道指出将金属复合物引入水凝胶可以增加交联点数量，从而提高凝胶的机械强度，并赋予其发光特性，或者改善已有凝胶的性能，例如通过控制导致发光的分子内能量传递过程[20]。这种方法有助于设计具有潜在应用的材料，例如用于监测药物释放、温度检测和压力传感等[21, 22]。
理论方法在补充实验技术方面发挥着重要作用，尤其是在研究基于镧系材料的结构和光致发光性质时。这些工具有助于理解材料的结构特征、分析光谱信号，并阐明发光过程中的能量传递机制。通过优化适当模型的基态几何结构，可以估算出相关的光谱参数，包括单重态和三重态的能量、强度参数以及配体与镧系离子之间的能量传递速率。这些信息对于理解发光背后的能量传递机制至关重要。
鉴于金属凝胶的科学价值，本研究的目标是采用实验-理论相结合的方法，开发出一种具有优异发光和机械性能的多功能可调平台，并扩展其应用范围。为此，我们将Na3[Ln(DPA)3]·9H2O复合物（DPA = 二吡啶羧酸根阴离子；Ln = Eu3+和Gd3+）引入基于镧系离子和亚氨基二乙酸的氢凝胶HGLn（Ln = Eu3+和Gd3+中，并通过实验数据对这些系统进行计算发光建模，以阐明其主要结构特征并理解解释发光现象的能量传递机制。
