2-[（4'-N，N-二甲胺基）苯乙烯基]-5-二米基硼-噻吩的合成-结构与光物理性质

合成了以含硼（III）基团为电子受体，以二甲胺基为电子给体，以苯乙烯基 噻吩为共轭桥的新化合物2-[（4'-N，N-二甲胺基）苯乙烯基]-5-二米基硼-噻吩 trans-2-[(4'-N, N-dimethylamino) styryl]-5-dimesitylboryl-thiophene（简 写为DMASBT，5）。X射线衍射方法测定其单晶结构表明，硼原子与π共轭桥之间的 硼碳键相对于其它的硼碳键明显缩短，硼与π共轭桥之间存在除了σ键之外的p-π 共轭作用。研究了它在不同溶剂中的光物理性质，发现它具有突出的溶致变色效应 。在极性较大的溶剂中，有较高的荧光量子产率和较长的荧光寿命。激光实验发现 ，DMASBT在近红外波段（750～850 nm）有较强的非线性吸收，用波长为800 nm的 红色飞秒激光激发时，DMASBT在四氢呋喃中发现波长为559 nm的强的绿色上转换荧 光。     

二噻吩衍生物的合成及其线性、非线性光谱性质

合成了一系列二噻吩衍生物类有机合物：5，5'-二（对－N，N－二甲胺基苯乙 烯基）－2，2'－二噻吩（BMSBT）与5，5'－二（对－N，N－二乙胺基苯乙烯基）- 2,2'-二噻吩（BESBT），5,5'-二（对N－环丁胺基苯乙烯基）－2,2'－二噻吩（ BBSBT），5,5－二（对－N－咔唑基苯乙烯基）2-2'－二噻吩（BCSBT），并测定了 其吸收光谱、单光子荧光光谱和双光子荧光光谱。BMSBT，BESBT和BBSBT的单光子 荧光参数存在的很强的、规则的溶剂效应，表明其激发态的分子可能有较大的极性 。在800nm fs激光下测得BMSBT与BESBT在560nm附近（与单光子荧光发射峰波长接 近的位置）有较强的上转换荧光发射，上转换荧光强度与激发能量之间较好的平方 关系表明了双光子激发的机理，这种上转换荧光被称为双光子荧光。用以光子荧光 法测得BMSBT和BESBT的双光子吸收截面分别为54*10~(-50)(cm~4·s)/photon和 102*10~(-50)(cm~4·s)/photon。     

(E)-(5-(4-(二苯基胺)苯乙烯基)二噻吩并[2,3-b∶3′,2′-d]噻吩基)-2-亚甲基丙二腈的聚集态发光现象的研究

本文报道了对一种电子给体-受体化合物(E)-(5-(4-(二苯基胺)苯乙烯基)二噻吩并[2,3-b∶3′,2′-d]噻吩基)-2-亚甲基丙二腈(TPA-DCST)的合成与光谱学行为的研究。化合物TPA-DCST的分子结构中含有强电子给体(三苯胺)与强电子受体(二氰基乙烯)两个部分,并由二噻吩并[2,3-b∶3′,2′-d]噻吩作为共轭桥将电子给体与受体相连接。在合成方面,采用Wittig反应将三苯胺通过双键与二噻吩并[2,3-b∶3′,2′-d]噻吩相连接、醛基化,并与并二腈经Knoevenagel缩合反应合成目标产物。产物通过了核磁氢谱、碳谱、红外以及高分辨率质谱的确认。光谱方面,主要考察了该化合物的吸收与荧光行为。其最大吸收峰位在412nm左右,归属于π-π*跃迁。在非极性溶剂正己烷中表现出来自分子间聚集而形成的聚集态荧光(550nm),并通过了单分子在CTAB胶束([c]=1.02×10-2 mol/L)的发光(460nm)试验得到验证。溶剂效应表明,该化合物没有出现典型的ICT态的发光现象,其原因在于电子给体与受体相连的共轭桥单元,即二噻吩并[2,3-b∶3′,2′-d]噻吩不具有有效的共轭效应。浓度效应与温度效应进一步表明TPA-DCST分子易于产生分子间聚集态的发光。在THF-H_2O二元溶剂体系中呈现典型的聚集诱导(AIE)发光现象,发光峰位为692nm。随着TPA-DCST分子间的聚集程度的增加,聚集态的荧光出现大范围的红移,直至固体发光红移到710nm。TPA-DCST分子的聚集因素可能来自于疏脂作用、偶极-偶极相互作用等。     

氮硼为电子授受中心的D-π-A化合物的合成与上转换荧光

以二米基硼-B(Mes)2为电子受体,以芴基为共轭桥,分别以二苯胺和咔唑为电子给体,合成了两个新的D-π-A型化合物：2-(N,N-二苯胺基)-7-二米基硼基-9,9-二乙基芴[2-(N,N-diphenylamino)-7-dimesitylboryl-9,9-diethylfluorene,1]和2-N-咔唑基-7-二米基硼基-9,9-二乙基芴[2-carbazolyl-7-dimesitylboryl-9,9-diethylfluarene,2]。在脉宽为200 fs的飞秒激光激发下,它们在THF中发出强的蓝色上转换荧光(1：λmax=484nm;2：λmax=440nm)．用双光子荧光方法测得它们的双光子吸收截面分别为425GM(激发波长为800nm)和116GM(激发波长为730nm)．     

两个具有强双光子荧光的有机硼化合物

以二米基硼为电子受体, 苯乙烯基噻吩为共轭桥, 合成了两个新的稳定的有机硼化合物: 反式,反式-2-二米基 硼-5-{2-[4-(2-噻吩乙烯基)苯基]乙烯基}噻吩(1)和反式,反式-1,4-二-[2-(5-二米基硼噻吩)乙烯基]苯(2). 前者为不对称结构的偶极分子, 后者为对称的A-π-A型四极分子. 对称性不同的化合物表现出不同的双光子吸收性质. 对于偶极分子1, 单双光子吸收达到的激发态能级接近, 而对于四极分子2, 双光子吸收达到的激发态则比单光子吸收所达到的激发态高出0.35 eV. 在波长为710到 900 nm范围的飞秒脉冲激光激发下, 化合物1和2在THF溶液中都可以发出很强的绿色上转换荧光 (1, λ_max＝505 nm; 2, λ_max＝513 nm). 用双光子荧光法测得A-π-A型化合物2在775 nm处的双光子吸收截面达1340 GM.     

结构对称齐聚(3-甲基噻吩)的电子结构和分子堆积

研究了一类结构对称的新型齐聚(3-甲基噻吩)(二聚体Br2MT和四聚体Br4MT)的电子结构和分子堆积形式.结果表明,随着链的增长,新合成的Br4MT溶液比Br2MT溶液(溶剂CHCl3)的最大紫外吸收波长红移约60 nm,Br2MT和Br4MT的π电子轨道重叠度及斯托克斯位移均较大;广角XRD晶体结构分析表明,该类齐聚(3-甲基噻吩)的π-π堆积晶面间距比聚(3-烷基噻吩)减小了约0.08 nm,分子堆积形式主要为π-共轭平面的堆积,其分子结构趋向于紧密堆积.该结构对称齐聚(3-甲基噻吩)的电子结构和分子堆积形式有利于提高其电荷传输能力.     

新型香豆素酮类不对称双光子染料的合成及其光物理性质

本文以二苯乙烯和香豆素为共轭桥,二乙氨基为电子给体,羰基为电子受体,合成了一个具有D-π₁-A-π₂-D结构的香豆素酮类双光子染料C3.用紫外-可见光谱、荧光光谱研究了该化合物的光物理性质.发现在光作用下C3很容易发生分子内电荷转移,进而转变为扭曲的分子内电荷转移,产生很大的偶极矩变化.以飞秒脉冲激光为激发光源,用上转换荧光法测定了其双光子吸收截面.在激发波长为850 nm时,新化合物的双光子吸收截面值达1292 GM,比同系列香豆素酮衍生物C1、C2的双光子吸收截面值高一到两个数量级.     

上转换荧光化合物DMSSB与CSSB的合成、结构与光物理性质

以苯并噻唑为电子受体,以双苯乙烯基为共轭桥链,分别以二甲基胺和咔唑为电子给体合成了2个新的有机化合物DMSSB(反式,反式-2-{4-[(4-N,N-二甲基胺)苯乙烯基]苯乙烯基}-1,3-苯并噻唑)和CSSB(反式,反式-2-{4-[(4-N-咔唑)苯乙烯基]苯乙烯基}-1,3-苯并噻唑).用X射线衍射方法测定了CSSB的晶体结构.用波长为800nm的激光激发时,DMSSB与CSSB在THF中分别发出强的上转换橙色(λ_max=589nm)和蓝绿色荧光(λ_max=488nm).2个化合物在不同溶剂中的光物理数据和理论计算结果表明,苯并噻唑基是一个很好的电子受体.     

V形咔唑衍生物的合成及荧光性质

以N-烷基咔唑作为电子给体和共轭桥中心, 二米基硼作为端基电子受体, 合成了两个V形A-π-D-π-A型新化合物: 3,6-二{[(E)-2-(5-二米基硼)噻吩]乙烯基}-N-丁基-咔唑 {N-butyl-3,6-bis{(E)-2-[5-(dimesitylboryl)thiophen-2-yl]-vinyl}-carbazole, BBTC}和3,6-二[(E)-(4-二米基硼)苯乙烯基]-N-己基-咔唑, {N-hexyl-3,6-bis[(E)-4-(dimesitylboryl)-styryl]-carbazole, BBSC}. 这两个化合物在蓝绿光波段都有较强的荧光发射. 光谱数据表明, 扩大共轭体系并在端基引入含硼基团导致吸收谱和发射谱显著红移, 并增大分子内电荷转移.     

新型芳并吡喃类多环化合物的合成与光谱性质研究

本文设计并经由分子内碳-碳偶联反应合成了一系列基于芳并吡喃供电子功能片段的有机功能小分子,包括萘并[2,1-b：6,5-b’]二苯并吡喃4a,萘并[2,1-b：6,5-b’]二萘并吡喃4b,萘并[2,1-b：6,5-b’]二[2-（5-己基噻吩基）]苯并吡喃4c。通过紫外光谱和荧光光谱研究表明,这类化合物在370~400 nm波长范围内具有最大紫外吸收,在417~462 nm波长范围内具有最大荧光发射。说明随着共轭平面的增大或共轭链长度的增加,化合物的吸收和荧光光谱均发生显著的红移,是一类具有丰富光电活性的有机功能分子。     

1,3,4-噁二唑衍生物的双光子吸收和双光子泵浦荧光

依据“推电子基-共轭中心-拉电子基-共轭中心-推电子基”的模型将电荷传输型1,3,4-噁二唑环嵌入芳香共轭体中, 通过Wittig-Horner反应合成了2种对称型强双光子吸收和双光子诱导荧光分子2,5-二[4-(2-芳基乙烯基)苯基]-1,3,4-噁二唑. 它们的氯仿溶液在锁模Nd: YAG激光器800 nm激光照射下, 发射出很强的双光子上转换荧光, 其最强荧光分别在波长507和475 nm. 采用非线性透过率法测得其双光子吸收截面分别为1.07×10^－46和6.6×10^－47 cm⁴•s•photon^－1. 这2个对称型D-π-A-π-D生色分子从激发端基到π共轭桥的有效能量传输, 对双光子吸收和双光子荧光发射能力贡献较大.     

苯-噻吩低聚物电子结构及载流子传输性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G(d)方法对以低聚噻吩为端基、 苯并二噻吩(TPT)和并三噻吩(TTT)为共轭桥、 炔键为连接臂的20个模型化合物进行了计算研究. 在优化中性与离子态几何构型基础上, 获得了前线轨道能级、 电离能(IPs)、 电子亲和势(EAs)、 空穴/电子重组能(λ_h/λ_e)、 载流子迁移率(μ_h/μ_e)及吸收光谱等信息. 结果表明, 炔键的引入及端基低聚噻吩的增加对LUMO能级的调控作用较为显著, 而共轭桥的类型对HOMO能级影响较大; 合理选择端基、 共轭桥和连接臂等结构单元可对该类材料吸光波段及强度进行有效调节. 一维电荷传输模型结果表明, 所设计的化合物均是潜在的双极性有机半导体材料, 其中2,7-二([2,2':5',2'-三噻吩]-5-基)苯并[1,2-b:6,5-b']二噻吩(A3)和2,7-二(二噻吩并噻吩-2-基乙炔基)苯并[1,2-b:6,5-b']二噻吩(a-3)具有较高的电子迁移率, 值得进一步的实验探索研究.     

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.     

苯并噻唑衍物的合成及结构-双光子吸收光物理特性关系

报道了三个具有典型A-π-A'型共轭结构的苯并噻唑衍生物的合成及结构-双光 子吸收光物理特性关系。通过对三个化合物的共轭结构增长和拉电子基强度变化对 化合物单光子荧光光谱、双光子诱导荧光光谱和双光子吸收截面等特性的影响研究 ，我们发现，苯并噻唑杂环中的杂原子硫在化合物共轭链链短时对其光物理特性影 响很强，在共轭链较长时影响减弱甚至消失。通常情况下，共轭链长度和拉电子基 强度共同对双光子吸收截面作贡献，我们的研究表明，当共轭链较长时，共轭链的 增长对增强分子双光子吸收截面的贡献远大于拉电子基强度变化的贡献。其中，新 化合物2（2-{4-[2-（4-硝基苯基）-乙烯基]苯基}-乙烯基）苯并噻唑具有双光子 吸收截面大(181*10~(-50)cm~4s/photon)和荧光量子产率高(13.8%)的特点，是双 光子荧光显微与成像应用的一个良好的候选材料。     

苯并噻唑衍物的合成及结构-双光子吸收光物理特性关系

报道了三个具有典型A-π-A'型共轭结构的苯并噻唑衍生物的合成及结构-双光 子吸收光物理特性关系。通过对三个化合物的共轭结构增长和拉电子基强度变化对 化合物单光子荧光光谱、双光子诱导荧光光谱和双光子吸收截面等特性的影响研究 ，我们发现，苯并噻唑杂环中的杂原子硫在化合物共轭链链短时对其光物理特性影 响很强，在共轭链较长时影响减弱甚至消失。通常情况下，共轭链长度和拉电子基 强度共同对双光子吸收截面作贡献，我们的研究表明，当共轭链较长时，共轭链的 增长对增强分子双光子吸收截面的贡献远大于拉电子基强度变化的贡献。其中，新 化合物2（2-{4-[2-（4-硝基苯基）-乙烯基]苯基}-乙烯基）苯并噻唑具有双光子 吸收截面大(181*10~(-50)cm~4s/photon)和荧光量子产率高(13.8%)的特点，是双 光子荧光显微与成像应用的一个良好的候选材料。     

二芳基氨(硼)-π-碳硼烷三元化合物的二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对二芳基氨(硼)-π-十二顶点碳硼烷三元化合物的结构及二阶非线性光学(NLO)性质进行计算.结果表明,化合物共轭桥长度及二芳基氨(硼)对化合物偶极矩的影响较小.随着分子共轭桥的增长,分子的电子空间范围R2增大,从而使极化率和第一超极化率增大.通过分析化合物的电子光谱和对应的分子轨道组成可知,分子中电荷转移主要发生在二芳基氨(硼)和π-桥之间,碳硼烷的贡献较少.二芳基氨和二芳基硼的供电子能力差异可以调节分子的二阶NLO响应.     

以咔唑为给体的分子内电荷转移化合物的自组装及发光性质

设计合成了两种以咔唑为给体单元,苯并噻二唑为受体单元的分子内电荷转移化合物((E)-4-((4-(4-(9H-咔唑-9-基)苯乙烯基)苯基)乙炔基)-7-溴苯[c][1,2,5]噻二唑(CzPB-Br)和4,7-双((4-((E)-4-(9H-咔唑-9-基)苯乙烯基)苯基)乙炔基)苯[c][1,2,5]噻二唑(CzPBPCz))。 研究了紫外、荧光等光物理性质,发现CzPB-Br和CzPBPCz的溶液态在可见区域404和442 nm有明显特征紫外可见吸收峰,同时在557和588 nm处有明显的荧光发射。 结合理论计算考察了共轭长度对两种化合物性能的影响。 两个化合物利用给-受分子间的偶极-偶极、π-π等相互作用,通过良溶剂向不良溶剂扩散和热饱和溶液析出的自组装方法,分别获得了一维微米线、多边形微米片等聚集态结构。 其中,一维的微米线宽度为1~2 μm,长度可达100 μm以上。 一维微米线和多边形微米片分别在515和568 nm处显示出了较强的发光,同时还显示出了光波导的特征,为获得高性能低维有机光电纳米材料提供了新思路。     

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.     

1,4-双(4′-N,N-二甲基氨基苯乙烯基)萘的合成及荧光性质

利用Wittig反应合成了一个以萘为π-Center的对称型“D-π-D”有机绿色发光化合物1,4 双(4′-N,N-二甲基氨基苯乙烯基)萘(BDASN),并测试了其在不同环境中的光谱性质.在378nm激发波长的激发下,BDASN显示出很强的荧光发射峰,峰位在521nm(CH₂Cl₂).随着溶剂极性增大,最大发射波长红移且荧光强度降低,与“D-π-A”分子具有相似的分子内电荷转移(TICT)行为.在β-环糊精(β-CD)中BDASN的绿色发光带被猝灭,同时在450nm附近蓝发光带的荧光强度骤增.     

两个二阶非线性光学高分子的合成与性能：改善高分子光学非线性-透明性矛盾的尝试

通过后功能化反应将两个新的非线性光学发色团（1和2）分别作为侧链引入聚芳醚砜主链,得到两个新的非线性光学高分子（P1和P2）。这两个发色团（1和2）被设计为含有相同的电子给体（二烷基氨基）和相同的电子受体（TCF）,但含有不同长度的共轭桥,即2包含一个组合共轭桥（苯基二氮烯 + 苯乙烯）,而1的共轭桥要短得多（仅为苯乙烯）。研究了P1和P2的线性和非线性光学性质。与P1相比,P2在呈现出相近的非线性光学系数（d₃₃）的同时异乎寻常地达到了更好的光学透明性（最大吸收波长蓝移16 nm）。结果表明：组合共轭桥结构的引入对于在非线性光学高分子的非线性-透明性之间达到某种平衡起到了良好作用。