对位氨基能显著提高D-A-D型化合物的双光子吸收性能

报道了具有典型D-A-D型共轭结构的反式2,5-二氰基-1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯(MOS-CN), 2,5-二氰基-1,4-二(4'-二甲胺基苯乙烯基)苯(MAS-CN)和1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯(MOS)的合成. 用核磁、红外和元素分析进行了表征. 测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、双光子荧光光谱、双光子吸收系数及双光子吸收截面. 在800 nm的飞秒脉冲激光激发下, 化合物MOS-CN, MAS-CN和MOS分别发出很强的绿色、黄色和蓝色上转换荧光. 化合物MOS-CN, MAS-CN和MOS的最大吸收波长、单光子发射波长、双光子诱导荧光波长、荧光量子产率、双光子吸收系数、双光子吸收截面及双光子荧光寿命各分别是393, 473, 367 nm; 470, 569, 434 nm; 475, 574, 438 nm; 0.12, 0.72, 0.21; 0.8, 5.3, 0.3 cm/GW; 270, 1790, 101 GM; 140 ps, 1.32 ns, 54 ps. MAS-CN的双光子吸收截面是MOS-CN的6.63倍, MOS-CN的双光子吸收截面是MOS的2.67倍, 表明对位氨基显著地提高了化合物的双光子吸收性能, 氰基也较大地提高了双光子吸收截面.     

具有大的双光子吸收截面的A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物的合成

合成了A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物FR[2,5-二氰基-1,4-二(4'-氟苯乙烯基)苯],并采用核磁共振、红外光谱和元素分析等手段对其进行了表征.用飞秒脉冲诱导荧光光谱法分别研究了2个A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物FR与CY[2,5-二氰基-1,4-二(4'-氰基苯乙烯基)苯]以及2个D-A-D型双苯乙烯基苯类化合物MO[2,5-二氰基-1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯]和MA[2,5-二氰基-1,4-二(4'-二甲胺基苯乙烯基)苯]的单、双光子吸收与发射特性.实验结果表明,最大单光子吸收与发射波长随末端取代基供电子能力的增强而增大,末端强吸电子基化合物FR和CY具有相当高的荧光量子产率(分别为0.92与0.89)、较长的荧光寿命(分别为5.8与6.1 ns)及较大的双光子吸收系数(分别为19.1与20.5).末端带强吸电子基的化合物FR与CY的双光子吸收截面(δ,分别为6350 GM和6870 GM)比末端带供电子基的化合物MO和MA的δ(分别为270 GM与1790 GM)要大得多,表明A-A-A型双苯乙烯基苯类化合物具有异常大的δ.     

对位取代二苯乙烯衍生物的合成和非线性光学性质

合成了反式-4-[N-（乙氧基羰基-4"-硝基苯基）-N'-乙基氨基]-4'-(二甲基氨 基)二苯乙烯(DMANHAS)和三个新有机化合物。用核磁、红外以及元素分析进行了表 征。测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱和双光子荧光光谱。在800nm的飞秒脉 冲激光激发下,反式-4-（N-羟乙基-N'-乙基氨基）-4'-(二甲基氨基)二苯乙烯 (DMAHAS)和反式-4-(N-羟乙基-N'-乙基氨基)-4'-(二乙基氨基)二苯乙烯(DEAHAS) 均发出较强的蓝紫色上转换荧光,荧光峰分别位于436和440nm,而DMANHAS和反式- 4-[N-(乙氧基羰基-4"-硝基苯基)-N'-乙基氨基]-4'-（二乙基氨基）二苯乙烯 (DEANHAS)没有荧光。     

A-B2型含二苯甲酮的对硝基二苯乙烯类染料的合成、双光子性质与电化学

报道了3',4'-二(对苯甲酰基苯甲氧)基-4-硝基二苯乙烯(C1)的合成与表征. 研究了在不同溶剂中分子的吸收与荧光发射. 分子在可见光区的吸收可以归于生色团对硝基二苯乙烯部分的贡献, 而其在短波长区的吸收主要由二苯甲酮部分提供. 分子在中等极性溶剂中表现出较强的荧光发射. 系统研究了3',4'-二(对苯甲酰基苯甲氧)基-4-硝基二苯乙烯与2',4'-二(对苯甲酰基苯甲氧)基-4-硝基二苯乙烯(C2)两种A-B2型分子的双光子性质与电化学行为. 结果表明, 在800 nm波长的飞秒激光激发下, 两个分子皆表现出明显的上转换荧光发射, 其双光子吸收横截面的大小与二苯甲酮取代位置表现出一定的相关性. 分子结构优化与电化学的研究表明, 两个分子的电子密度分布与前线轨道能量亦与二苯甲酮取代位置表现出一定的相关性.     

新型树枝分子的宽带多光子荧光发射

用飞秒Ti∶sapphire激光研究了3个树枝分子1,2,4,5-四(4-N,N-二苯氨基苯乙烯基)苯(TPAB)、1,2,4,5-四[4-N,N-二(4-溴苯基)氨基苯乙烯基]苯(TPAB-Br)和1,2,4,5-四{4-{N,N-双{4-{4-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2]苯乙烯基}苯基}氨基}苯乙烯基}苯(TPAB-OXA)的多光子吸收及上转换荧光性质.在二氯甲烷溶液中3个生色团分子TPAB,TPAB-Br和TPAB-OXA在800 nm飞秒光激发的双光子荧光发射波长分别为569,535和621 nm,在1300 nm飞秒光激发的三光子频率上转换荧光发射波长分别为566,534和610 nm,采用非线性透过率法测得在四氢呋喃(THF)溶液中TPAB,TPAB-Br和TPAB-OXA在800 nm和150fs激光激发下双光子吸收截面分别为61.86×10-50,6.19×10-50和65.98×10-50 cm4.s/photon;在1300 nm和80 fs激光激发下三光子吸收截面分别为3.88×10-79,7.76×10-79和27.17×10-79 cm6.s2.树枝分子具有很强的多光子吸收和上转换荧光发射能力,多光子荧光发射波长位于500～600 nm.     

1,2,3,4-四氢喹啉-4-酮衍生物的线性及非线性光学性质

合成了一系列具有刚性结构的推拉型1,2,3,4-四氢喹啉-4-酮衍生物: 1-苄基-1,2,3,4-四氢喹啉-4-酮(BTHQ)、2-(1,2,3,4-四氢喹啉-4-叶立德)丙二腈(THQM)、1,6-二羰基久洛尼定(DOJ)和1,6-二(二氰甲烯基叶立德)久洛尼定(BDCJ).测定了其吸收光谱、单光子荧光光谱和双光子上转换荧光光谱. 这类化合物的单双光子荧光参数都存在着很强的、规则的溶剂效应, 表明分子激发态可能存在较大的极性. 它们的二氯甲烷溶液在800 nm飞秒激光(150 fs)照射下, 能够发射出很强的双光子上转换荧光. 采用非线性透过率法测得四个化合物的双光子吸收截面在0.83～23.95×10－50 cm4•s•photon－1之间. 这类化合物的激发态存在有效的分子内电荷转移, 对双光子吸收和双光子荧光发射有较大贡献.     

小分子优先结晶构筑聚合物/非富勒烯共混体系互穿网络结构

非富勒烯小分子受体(SMAs)有序聚集决定聚合物/非富勒烯共混体系光伏电池的双分子复合几率。 然而,由于非对称相分离聚合物趋于优先形成网络,抑制小分子受体分子结晶。 在聚[(2,6-(4,8-二(5-(2-乙基己基噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩))-alt-(5,5-(1',3'-二-2-噻吩基-5',7'-二(2-乙基己基)苯并[1',2'-c:4',5'-c']二噻吩-4,8-二酮))](PBDB-T)/9-二(2-亚甲基(3-(1,1-二氰基亚甲基)-6,7-二氟-茚酮))-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']-s-引达省[1,2-b:5,6-b']二噻吩(IT-4F)共混体系,四氢呋喃蒸汽处理可提高IT-4F结晶性,150 ℃热退火可提高PBDB-T的结晶性。 因此,依次利用蒸汽退火和热退火处理薄膜,诱导小分子先结晶、聚合物后结晶,从而降低PBDB-T对小分子扩散的限制,构建高结晶互穿网络结构。 形貌优化后降低了双分子复合,器件光电转换效率从5.95%提高至7.18%。     

吡啶星型分子的双光子上转换荧光特性

用飞秒Ti:sapphire激光测定了一种星型吡啶分子2,5-二{4-{4-[N,N-二(4-吡啶乙烯基)苯基氨基]苯乙烯基}苯基}-1,3,4-噁二唑(PyPASPO)的双光子吸收截面及上转换荧光光谱.采用非线性透过率法测得二氯甲烷和四氢呋喃溶液中的其双光子吸收截面分别为412.5 和288.8 GM. 系统研究了吡啶星形分子PyPASPO的线性吸收和透过、单光子荧光、荧光寿命及激发-发射三维荧光谱和前线轨道能级. 在800 nm和150 fs钛宝石激光器激发下PyPASPO在二氯甲烷和四氢呋喃溶液中的双光子上转换荧光发射波长分别位于571和 525 nm,在二氯甲烷溶液中单光子荧光峰位于532 nm,荧光寿命为1.24 ns. HOMO和LUMO能级分别为-5.21 eV和-2.92 eV.增大分子内电荷转移有效增强了吡啶星形分子的双光子吸收和双光子上转换荧光发射能力     

新型基于二氟苯并噻二唑和双噻吩丙烯腈共轭聚合物的设计、合成及光伏性能

设计并合成了两种基于5,6-二氟苯并噻二唑和双噻吩丙烯腈单元的D-A型共轭聚合物,聚[(5,6-二氟-苯[c][1,2,5]噻二唑-4,7-基)-交替-((E)-2,3-双(3'-(2-辛基十二烷基)-(2,2'-双噻吩)-5,5'-基)丙烯腈)](DFBT812)和聚[(5,6-二氟-苯[c][1,2,5]噻二唑-4,7-基)-交替-((E)-2,3-双(3'-(2-癸基十四烷基)-(2,2'-双噻吩)-5,5'-基)丙烯腈)](DFBT1014)作为聚合物太阳电池的给体材料。通过侧链工程,引入了2-辛基十二烷基和2-癸基十四烷基侧链实现对聚合物的溶解性,结晶性以及共混膜形貌的调节。研究结果表明,共轭聚合物DFBT812与PC_(61)BM的共混膜表现出更好的相分离尺度,能够促进载流子的传输和抽取。基于共轭聚合物DFBT812的太阳电池器件取得了0.87 V的开路电压和6.25%的能量转换效率。除此之外,基于DFBT812的聚合物太阳电池器件在活性层厚度为220 nm时仍然表现出6%的能量转换效率。     

新型低聚噻吩衍生物的设计、合成及其液晶性能的研究

设计、合成了一系列新型低聚噻吩衍生物N,N’-双烷烃基-5,5’-二溴基-2 ,2’：5’,2’-三噻吩-4,4’-二酰胺[N,N’-dialkyl-5,5’-dibromo-2,2’:5 ’,2’-terthiophene-4,4’-dicarboxamide](DNCnDBr3T,n=5,8,6,18)。示差扫描 量热法（DSC）测定的结果及偏光光学显微镜观察的结果显示,DNC18DBr3T, DNC16DBr3T,DNC8DBr3T具有近晶A形液晶性质,DNC5DBr3T不具有液晶性质。为了探 讨分子间氢链对液晶形成的影响,设计、合成了新型低聚噻衍生物4,4“-双烷烃 酯-5,5“-二溴基-2,2’:5’,2’-三噻吩[4,4’-bis(alkyloxycarbonyl)-5,5’ -dibromo-2,2’:5’,2’-terthiophene](DOCnDBr3T,n=5,8,16,18).测定和观察的 结果发现,DOCnDBr3T(n=5,8,16,18）不具有液晶的结果。这个结果表明,酰胺基 的存在于液晶的形成起着重要的作用。测定DNC18DBr3T在结晶状态和液晶状态下的 红外光谱,进一步证实了部分分子间氢键对于液晶的形成起着重要的作用。     

双光子荧光探针

双光子吸收是指在强光激发下,介质分子同时吸收两个光子,从基态跃迁到两倍光子能量的激发态的过程。荧光显微成像是研究活体生物的重要工具,而最通常的细胞成像方法则是使用单光子激发荧光团的单光子显微成像。近红外光源激发的双光子荧光探针克服了单光子荧光探针的光漂白与光致毒而更适于生物检测与成像,为生命科学研究提供了更为锐利的工具。双光子荧光探针的作用机理包括分子内电荷迁移(ICT)、荧光共振能量迁移(FRET)、光诱导电子迁移(PET)与基团转换(GC) 4种方式。该文综述了双光子阳离子探针(Mg²⁺, Ca²⁺, Pb²⁺, Hg²⁺, Ag⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Na⁺, Cr³⁺)、双光子阴离子探针(F^-)、pH探针、双光子葡萄糖示踪器、双光子脂筏探针、双光子巯基探针、双光子半胱氨酸探针和双光子生物标记探针,以及双光子荧光探针在生物成像方面的应用,展望了双光子荧光探针的发展趋势与应用前景。     

From Light to Structure: Photo Initiators for Radical Two-Photon Polymerization

Two-photon polymerization (2PP) represents a powerful technique for the fabrication of precise three-dimensional structures on a micro- and nanometer scale for various applications. While many review articles are focusing on the used polymeric materials and their application in 2PP, in this review the class of two-photon photo initiators (2PI) used for radical polymerization is discussed in detail. Because the demand for highly efficient 2PI has increased in the last decades, different approaches in designing new efficient 2PIs occurred. This review summarizes the 2PIs known in literature and discusses their absorption behavior under one- and two-photon absorption (2PA) conditions, their two-photon cross sections (σ_TPA) as well as their efficiency under 2PP conditions. Here, the photo initiators are grouped depending on their chromophore system (D-π-A-π-D, D-π-D, etc.). Their polymerization efficiencies are evaluated by fabrication windows (FW) depending on different laser intensities and writing speeds.     

新型双光子吸收化合物的合成、光物理及其在固态分散体系中的性质

通过多步反应制备了三个新型的双光子吸收化合物,测试了它们的光物理性质,发现该系列化合物具有较大的双光子吸收截面,并且随温度降低其双光子吸收截面增大.尤其是化合物TMVDB,其量子效率为0.83,常温时的双光子吸收截面达到1164GM,其双光子吸收截面除以分子量为2.08,表现出了优良的双光子吸收发光性能.进一步将TMVDB掺杂到固体材料中,得到强双光子诱导发光的固体材料.     

New Thiophene Derivatives with Two-photon Excited Fluorescence

Organic molecules that can simultaneously absorb two or more photons in reaching theirexcited states have recently been the subject in various photon-electronic fields. Tomeet the criteria for various nonlinear optical applications, such as three-dimensionaloptical storage1 and up-converted lasing2, molecules with large two-photon absorption(TPA) cross-section σ are required and have been synthesized. These dyes generallybelong to the structural modes of D-π-D, A-π-A3 or D-π-A, where D…     

Novel Lipophilic Fluorophores with Highly Acidity-Dependent Two-Photon Response

Lipophilic fluorophores are widely implemented in nonlinear microscopy; however, few existing membrane-specific probes combine the high brightness of two-photon excited fluorescence (2PEF) with pH sensitivity. Herein we describe four novel two-photon excited fluorophores, based on a coumarin 151 core structure, where lipophilicity is induced by a covalently attached phosphazene moiety. Changing the environmental acidity using trifluoromethanesulfonic (triflic) acid leads to profound changes in the linear fluorescence and 2PEF characteristics, due to chromophores’ switching between neutral- and protonated forms. We characterize this dependence by measuring the two-photon absorption (2PA) spectra over the region λ_2PA=550–1000 nm, observing 2PA cross sections of σ_2PA=10–20 GM, with an associated 2PEF brightness of 10–13 GM, in neutral solutions of both acetonitrile and n-octanol. Although quantum chemical modelling and NMR measurements show that, at high chromophore concentrations, protonation may be accompanied by a dimerization process, these dimers likely do not form at the lower concentrations used in optical spectroscopy.     

双光子吸收聚合引发剂EPVPVC的合成和非线性光学性质的研究

合成了一个新的双光子吸收聚合引发剂,9-乙基-3-{2-[4-(2-吡啶基-4-乙烯基)-苯基]-乙烯基}-9氢咔唑 (EPVPVC),用¹H NMR谱、¹³C NMR谱和元素分析进行了表征.测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、单光子荧光寿命、单光子荧光量子产率和双光子荧光光谱.量化计算结果表明,EPVPVC的双光子吸收截面为56.6×10^-50 cm⁴·s·photon^-1.在780 nm的飞秒脉冲激光激发下,EPVPVC发出较强的上转换荧光,荧光峰位于536 nm.用EPVPVC做引发剂,加入丙烯酸酯型齐聚物(cN120C80),在脉冲宽度为200 fs,重复频率为76 MHz,中心波长为780 nm 飞秒脉冲激光下,制作了一个三维周期性微结构.在理论计算的基础上,定性地探讨了其可能的聚合机理.     

具有大的双光子吸收截面的四羧酸二萘嵌苯衍生物的理论研究

用密度泛涵方法和ZINDO方法,从理论上研究了一系列四羧酸二萘嵌苯的衍生物(PTCDS)。对其平衡几何、电子结构和单双光子吸收性质进行了详细的计算研究。结果表明,此系列衍生物的双光子吸收截面主要由其主体结构(二萘嵌苯)决定。△EH-Lgap (HOMO与LUMO间的能隙)的减小,HOMO轨道能量的增大,分子主轴两端取代基给电子强度的增强,共轭长度的增大,分子刚性的增强都有利于此系列化合物双光子吸收截面的增大。并设计了比文献[22]报道的分子C有更大的双光子吸收截面的两个分子D1,D2。     

Synthesis and Two-photon Absorption Properties of s-Triazine Derivatives

Two new s-triazine derivatives, which belong to linear dipolar type and triangle octupolar type respectively, have been synthesized. The structure of the dipolar compound has been determined by X-ray diffraction. The two-photon absorption cross-section σ, and the two-photon excited fluorescence (TPEF) intensities are increased significantly from dipolar compound to octupolar compound.     

卟啉多枝分子合成与分子内能量转移、双光子吸收性能研究

以三苯胺或硝基苯为端基, 合成了三个卟啉多枝分子: 5-(4-硝基苯甲酰氧基)苯基-10,15,20-三-(4-溴苯基)卟啉(TPP-NO₂)、5-(4-硝基苯甲酰氧基)苯基-10,15,20-三-(4-二苯胺基-1-苯乙烯基)苯基卟啉(TPP-X₃)和5,10,15,20-四-(4-二苯胺基-1-苯乙烯基)苯基卟啉(TPP-X₄), 进行了红外光谱、核磁共振光谱和质谱表征. 比较研究了分子“枝”、“核”不同键合方式与不同对称结构对分子的线性光谱、非线性光谱以及分子内能量转移行为的影响. 在钛宝石激光器(800 nm)和Nd∶YAG倍频光(532 nm)泵浦下, 样品溶液均发出卟啉环特有的红色荧光——前者系双光子吸收机制“上转换”荧光, 后者则为双光子吸收与分子内能量转移机制“下转换”荧光. 飞秒Z-scan技术测得样品双光子吸收截面最大可达130 GM, 与四苯基卟啉(TPP)同等测试条件下的双光子吸收截面相比增大了两个数量级.     

3D Stereolithography by Using Two-Photon Photopolymerization

Summary: This article describes the development and evolution of two-photon lithography of 3-dimensional (3D) polymeric structures through two-photon photopolymerization (TPP) and the materials used to facilitate the same. The first part elaborates on the advantages of TPP over conventional lithographic techniques used in the fabrication of 3D microelectromechanical systems (MEMS). The second part introduces the preparation of highly efficient organic two-photon absorbing materials based on the centro-symmetric π-conjugated system and their performance as sensitizers in two-photon polymerization.