4′-(对-胺苯基)-2,2′:6′,2′′-三联吡啶光物理性质

用稳态吸收和荧光光谱技术研究4′-(对-胺苯基)取代的三联吡啶配体(APT)分子在不同极性溶剂中的光谱和光物理性质. 在极性溶剂中APT分子存在着双荧光现象,它分别对应于局域激发态和分子内电荷转移态. APT分子的胺基N原子与醇类溶剂之间的氢键作用使该分子在质子性与非质子性溶剂中具有不同的线性关系. 此外,APT分子的三联吡啶部分与锌离子络合以及三联吡啶N4—N8—N14与甲醇分子形成氢键后,在低能区域出现新的吸收光谱带与荧光光谱带,表明在基态和激发态均形成了新的络合物. 时间分辨单光子计数技术测量的APT分子的荧光衰减过程,证明了APT分子的分子内电荷转移机制符合〝两态〞模型.     

瞬态吸收光谱茜素超快动力学研究

激发态质子转移是光物理学、光化学和光生物过程中最基本的化学反应之一。激发态分子内质子转移(excited-state intramolecular proton transfer, ESIPT)通常是指有机分子受到激发,到达激发态后,质子在激发态势能面上从质子供体基团转移到质子受体基团并形成含有分子内氢键多元环的过程, 一般发生在亚皮秒量级。质子转移可应用于有机发光二极管、荧光探针等领域。茜素,即1,2-二羟基蒽醌,可从茜草根部提取,具有与醌类衍生物相似的结构,常用于染料、染色剂和药物等。近年来,发现茜素分子具有质子转移特性,可用来制备新型“绿色”染料敏化电池。利用稳态吸收、稳态荧光和飞秒瞬态吸收光谱技术以及第一性原理理论计算对溶于乙醇溶液的茜素分子的质子转移过程进行了研究和分析。稳态吸收和稳态荧光研究结果表明: 在基态时,茜素分子的正常构型9,10-酮处于稳定状态,容易发生跃迁;在激发态时,茜素分子的互变异构体构型1,10-酮处于稳定状态,容易产生荧光发射。飞秒瞬态吸收光谱测量使用的激光的激发波长为370 nm。测得的瞬态吸收光谱在430 nm附近存在茜素的基态漂白信号。通过使用全局拟合方法对瞬态吸收光谱进行分析研究发现：茜素正常构型9,10-酮的激发态分子内质子转移时间为110.5 fs,茜素互变异构体构型1,10-酮分子内振动弛豫时间为30.7 ps,茜素互变异构体构型1,10-酮荧光寿命为131.7 ps。通过使用单波长动力学拟合的方法对瞬态吸收光谱进行分析发现：发生质子转移的时间尺度与运用全局拟合方法得出的结果基本一致;茜素分子的正常构型9,10-酮分子在110.5 fs的时间尺度内处于快速减少的趋势,而茜素分子的互变异构体构型1,10-酮分子在这一时间尺度内处于快速上升的趋势。当延迟时间增大时,茜素分子的互变异构体构型1,10-酮分子又呈现缓慢衰减的趋势。     

10-羟基苯并喹啉激发态分子内质子转移取代基效应的理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TDDFT)计算方法研究了10-羟基苯并喹啉(HBQ)及其衍生物分子内质子转移过程,探究了取代基效应对质子转移过程的影响,研究发现,HBQ及其衍生物可以形成分子内氢键,且激发态时氢键增强.基态时各分子以醇式构型稳定存在,激发态时酮式构型为优势构象.各化合物的最大吸收峰和发射峰主要是电子从HOMO到LUMO之间的跃迁引起的.基态分子内质子转移(醇式→酮式)需要跃过较高的能垒因而难以发生,而激发态时只需跃过较低能垒就很容易发生分子内质子转移,吸电子基的引入可以使该过程的能垒降低,因此吸电子基有利于激发态质子转移.取代基效应影响化合物的光谱性质.     

芳香性取代基对2-(2-羟基苯基)苯并咪唑激发态质子转移和光谱性质影响的理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TD DFT)理论方法研究了在2-(2-羟基苯基)苯并咪唑(HBI)苯环羟基的对位分别被呋喃基、吡咯基等五种芳香性取代基后的衍生物(HBI-R)分子内质子转移过程,考察了取代基的电子离域效应对分子结构、分子内氢键和质子转移的影响,模拟计算了各分子的IR振动光谱和电子光谱。研究发现,基态的HBI与HBI-R分子内氢键O—H…N比O…H—N强度大,因氢键中的O—H增长和H—N的缩短,激发态氢键O—H…N弱于O…H—N强度,基态和激发态的稳定构型分别为醇式和酮式结构,取代基总体上使酮式构型相对稳定性有所增加,但呋喃基、吡咯基和噻吩基却略降低了激发态酮式构型相对稳定性。取代基降低了HBI基态和激发态分子内质子转移反应的能垒,但影响不大。电子吸收光谱的最大吸收峰和荧光光谱的最大发射峰主要源于前线分子轨道HOMO与LUMO之间的电子跃迁,芳环取代基增强了电子离域效应,使光谱的吸收峰和发射峰波长均有较大的红移。     

β-苄基苯乙酮吸收与发射光谱的密度泛函研究

β-苯基羰基化合物的光化学特征历来受到重视,是n,π*羰基三线态猝灭机理的典型代表。研究了气相和甲醇中β-苄基苯乙酮的基态结构和激发态结构,模拟了其吸收和发射光谱,并从分子轨道角度阐明了其发光机制。研究发现:(1)在甲醇中,β-苄基苯乙酮的基态结构与气相结构非常接近,只是在羰基官能团附近键长有差别;(2)在甲醇中,β-苄基苯乙酮的S1态无法维持平面构型,且αC—C键显著拉长;(3)在气相中,β-苄基苯乙酮的吸收光谱很弱,而在甲醇中很强;(4)气相中,β-苄基苯乙酮的荧光光谱的发光机制与甲醇中不同;(5)在气相中,β-苄基苯乙酮荧光光谱的最大发射峰蓝移到228.67nm处,发射强度(f=0.306 1)比吸收光谱大幅增加;(6)从分子轨道角度看,荧光光谱是吸收光谱的逆过程;(7)在气相中,β-苄基苯乙酮的磷光光谱在252.58和246.04nm处有两个较强的发射峰,而甲醇中只在258.88nm处有一个很强的发射峰。     

激发态分子内质子转移分子2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙的光谱特性

通过考察2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙(HNLSC)在不同极性溶剂中的吸收光谱和荧光光谱,详细研究了HNLSC分子在不同溶剂及酸、碱条件下的不同构型,证实了HNLSC具有典型的ESIPT特性。在非极性溶剂中分子主要以分子内氢键的闭式构型存在,这种闭式构型使分子具有ESIPT特性,在环己烷溶剂和高酸度极性溶剂中分子均表现出～415nm的正常荧光和～435nm处的反常ESIPT荧光。在极性质子溶剂中,因溶质和溶剂之间形成了分子间的氢键以及进一步去质子化,HNLSC形成了基态的溶剂化开式构型和离子构型,在吸收光谱中表现出～395nm的离子构型特征吸收。开式构型和离子构型阻断了分子内质子转移途径,因而在荧光光谱中仅表现出一个特征峰。实验进一步通过三乙胺和稀硫酸调节溶液体系的极性和酸度环境,证明在不同溶剂极性和酸度环境下,HNLSC分子不仅存在萘环上羟基变化引起的多种互变异构体间的转化平衡,同时存在—CHN—NH—CO—NH2结构域的烯醇式和酮式结构的相互转化。     

激发态质子转移分子2-（2′-羟基苯基）苯并噻唑在不同溶剂中的光谱特性

观测了2-（2′-羟基苯基）苯并噻唑（HBT）在不同极性溶剂中的吸收光谱和荧光光谱,详细研究了溶剂极性对HBT发生激发态分子内质子转移（ESWT）影响的机制。吸收光谱表明在常态条件下,HBT在各种溶剂中都以烯醇式构型和酮式构型共同存在,但以烯醇式构型占绝大多数。荧光光谱表明在纯环己烷溶剂中,HBT被紫外光激发时,绝大多数烯醇式构型发生ESIPPT转变为酮式构型,分子的ESIPT效率最大。在含有乙醇的极性溶剂中,HBT烯醇式会形成溶剂化的烯醇式构型,阻碍分子发生ESIPT反应。溶剂中乙醇含量愈多极性愈强,溶剂化烯醇式的成份就愈多,HBT的ESIPT效率就愈低。以400nm光激发HBT溶液时,在510nm处发现酮式构型荧光,从而确认了400nm处的弱吸收是酮式构型的吸收;且在436和456nm处还有新的荧光峰,分析其可能来源于酮式构型去质子化阴离子的发射。     

2-(2’-羟基苯基)苯并咪唑的光谱特性

2-(2’-羟基苯基)苯并咪唑(简称HBI)是一类具有激发态质子转移效应的有机分子。观测了HBI分子在甲苯、甲苯与乙醇混合及乙醇三种溶液的吸收光谱,发现其吸收光谱相类似。用317 nm光激发,观测其荧光光谱,在甲苯溶液中只观测到一个荧光带,其峰值位于470 nm;在甲苯与乙醇的混合溶液及乙醇溶液的荧光光谱中,都观测到两个荧光带,其峰值分别位于370和450 nm。根据激发态质子转移理论可知,470 nm的荧光带是由激发态质子转移生成的互变异构体,即HBI酮式构型分子的发射,峰值位于370 nm的荧光带是HBI稀醇式构型分子的发射。由于乙醇具有较大的极性,可与HBI分子相互作用形成分子间氢键,即生成溶剂化物。当溶剂化物被激发,在激发态发生激发态质子转移生成两性离子,两性离子发射荧光回到基态。因此,在极性溶剂中HBI发射峰值位于450 nm的荧光带应归于两性离子的发射。当用532 nm强光激发HBI溶液时,发现HBI分子在非极性溶剂中无双光子效应,而在极性溶剂中却存在双光子效应,表明HBI的溶剂化物具有双光子效应。     

激发态质子转移分子2-(2''-羟基苯基)苯并噻唑在不同溶剂中的光谱特性

观测了2-(2’-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)在不同极性溶剂中的吸收光谱和荧光光谱,详细研究了溶剂极性对HBT发生激发态分子内质子转移(ESIPT)影响的机制。吸收光谱表明在常态条件下,HBT在各种溶剂中都以烯醇式构型和酮式构型共同存在,但以烯醇式构型占绝大多数。荧光光谱表明在纯环己烷溶剂中,HBT被紫外光激发时,绝大多数烯醇式构型发生ESIPT转变为酮式构型,分子的ESIPT效率最大。在含有乙醇的极性溶剂中,HBT烯醇式会形成溶剂化的烯醇式构型,阻碍分子发生ESIPT反应。溶剂中乙醇含量愈多极性愈强,溶剂化烯醇式的成份就愈多,HBT的ESIPT效率就愈低。以400 nm光激发HBT溶液时,在510 nm处发现酮式构型荧光,从而确认了400 nm处的弱吸收是酮式构型的吸收;且在436和456nm处还有新的荧光峰,分析其可能来源于酮式构型去质子化阴离子的发射。     

7-羟基喹啉的双光子荧光光谱特性

利用超快激光脉冲作为激发光源,研究了激发态质子转移有机分子7-羟基喹啉溶液的双光子吸收光谱特性。实验发现在波长为532nm的脉冲激光作用下,该溶液在波长约为380nm和550nm处出现了两个荧光峰,研究证明,峰波长为380nm处的荧光是7-羟基喹啉醇式结构下分子从激发态返回基态时发射的荧光,而峰波长为550nm处的荧光是该溶液的酮式结构分子从激发态返回基态时发射的荧光。     

溶剂极性对1，5-二羟基蒽醌分子双质子转移过程的影响

具有激发态分子内双质子转移特性的分子在荧光传感器、激光材料、生物分子探针等领域具有广泛的应用. 羟基蒽醌作为蒽醌类化合物是自然界中广泛存在且具有质子转移特性的次级代谢物,其衍生物已被广泛研究并成功应用于染料、免疫增强和抗癌药物. 近年来,1,5-二羟基蒽醌(1,5-DHAQ)作为一种具有两个分子内氢键的羟基蒽醌衍生物受到了广泛的关注. 本文采用飞秒瞬态吸收光谱结合含时密度泛函理论方法研究了溶剂极性对1,5-DHAQ分子激发态分子内双质子转移过程的影响. 1,5-DHAQ分子在甲苯、四氢呋喃和乙腈溶剂中的稳态荧光光谱表明,溶剂极性的改变对1,5-DHAQ的荧光峰位置产生了影响. 瞬态吸收光谱表明,溶剂极性的增大加快了质子转移的速率. 超快动力学拟合结果表明,溶剂极性的增大有助于加快1,5-DHAQ分子中的激发态分子内双质子转移过程. 此外,通过理论计算得到的势能曲线分析表明质子转移的能垒随着溶剂极性的增加而逐渐减小,从而促进1,5-DHAQ分子激发态分子内双质子转移过程的发生,这进一步验证和解释了实验结果. 本工作有助于开发和合成更稳定、高效的羟基蒽醌衍生物.     

芘四磺酸四钠盐光物理性质的研究

本文利用吸收光谱、荧光光谱以及时间分辨瞬态吸收光谱研究芘四磺酸四钠盐的光物理特性.研究结果表明,芘四磺酸四钠盐在水溶液中的荧光量子产额高达0.54.在纳秒时间分辨瞬态吸收光谱研究中发现芘四磺酸四钠盐具有很长的三重态寿命(3.5ms),这有利于将其作为光敏化分子把激发能传给其它受体分子;芘四磺酸四钠盐被光激发后,可能发生双光子吸收过程并产生芘四磺酸四钠盐阳离子,其吸收峰为460nm和505nm.由实验结果,我们给出了其动力学过程的解释.     

Singlet Excited State Pyridinic Deprotonation of the N<Subscript>9</Subscript>-methylbetacarboline Cations in Aqueous Sodium Hydroxide Solutions

The singlet excited state pyridinic deprotonation of the 9-methyl-9H-pyrido[3,4-b]indole, MBC, cations has been studied in aqueous NaOH solutions by absorption, steady state and time resolved fluorescence measurements. This excited state reaction proceeds through a stepwise mechanism involving different ground and excited state hydrogen bonded MBC-(water)_n complexes. Thus, in aqueous NaOH solutions of MBC above pH 8, two ground state hydrogen bonded MBC-water adducts, namely PC and PTC, coexist in equilibrium. Upon excitation, the PC behaves as an independent fluorophore, whereas the PTC reacts with water molecules during its excited state lifetime to give the intermediate CL*. This exciplex is the precursor of the excited state cation, C*. In almost all the pH range, C* is practically the only existing species in the singlet excited state of MBC. In concentrated NaOH solutions beyond the pH range, C* deprotonates giving CL* and PTC* species.     

Femtosecond time‐resolved spectroscopy on biological photoreceptor chromophores

This paper reviews our results on femtosecond time‐resolved spectroscopy (transient absorption, transient‐grating and fluorescence spectroscopy) to study the photophysics and photochemistry of the two very important biological photoreceptor chromophores phycocyanobilin (PCB) and protochlorophyllide a (PChla). The compound PCB serves as a model chromophore for the photoreceptor phytochrome. By means of transient‐grating spectroscopy where the excitation wavelength was varied ove r the spectral region of the S₀→ S₁‐absorption the ultrafast processes were studied upon excitation with varying excess energy delivered to the system. On the basis of the results obtained, both the rate of the photoreaction in PCB and the rate of the decay of different excited‐state species via different decay channels depend on the excitation wavelength. Furthermore, transient absorption experiments illuminating the excited‐state dynamics of PChla, a porphyrin‐like compound and, as substrate of the NADPH/protochlorophyllide oxidoreductase (POR), a precursor of the chlorophyll biosynthesis are presented. In addition to pump‐energy‐dependent measurements performed with PChla dissolved in methanol, the excited‐state dynamics of PChla was interrogated in different solvents that were chosen to mimic different environmental conditions. In addition to the femtosecond time‐resolved absorption experiments the picosecond time‐resolved fluorescence of the system was studied. The transient absorption and tim e‐resolved fluorescence data allow suggesting a detailed model for the excited‐state relaxation of PChla describing the excited‐state processes in terms of a branching of the initially excited state population into a reactive and nonreactive path. Thus, the excited‐state potential energy surface exhibits two distinct S₁ and S_x minima separated from the Franck–Condon region along two most likely orthogonal reaction coordinates. Finally, the model derived is related to models suggested to acco unt for the reduction of PChla to chlorophyllide a within the natural enzymatic environment of POR.     

四苯基卟啉—锌化合物的微微秒瞬态吸收和荧光动力学研究

用微微秒瞬态吸收和荧光动力学测量方法,研究了四苯基卟啉-锌的三重态建立过程和单重态的衰减过德;测量了样品的系际交叉速率、单重态的寿命及其对532nm波长的吸收截面.     

Investigations on the Photoreactions of Phenothiazine and Phenoxazine in Presence of 9-cyanoanthracene by Using Steady State and Time Resolved Spectroscopic Techniques

By using electrochemical, steady state and time resolved (fluorescence lifetime and transient absorption) spectroscopic techniques, detailed investigations were made to reveal the mechanisms of charge separation or forward electron transfer reactions within the electron donor phenothiazine (PTZH) or phenoxazine (PXZH) and well known electron acceptor 9-cyanoanthracene (CNA). The transient absorption spectra suggest that the charge separated species formed in the excited singlet state resulted from intermolecular photoinduced electron transfer reactions within the donor PTZH (or PXZH) and CNA acceptor relaxes to the corresponding triplet state. Though alternative mechanisms of via formations of contact neutral radical by H-transfer reaction have been proposed but the observed results obtained from the time resolved measurements indicate that the regeneration of ground state reactants is primarily responsible due to direct recombination of triplet contact ion-pair (CIP) or solvent-separated ion-pair (SSIP).     

吩噻嗪衍生物的分子内电荷转移激发态的特性

合成了一系列的N-10位取代的吩噻嗪给体受体化合物,这些受体包括苯、苯甲醚、吡啶、萘、苯乙酮和苯乙腈.研究了不同极性溶剂中这些化合物的分子内的光诱导电荷转移现象.稳态荧光的溶剂化效应和较大的Stokes位移清楚表明,仅仅后四种吩噻嗪衍生物的激发态存在着分子内的电荷转移,而苯和苯甲醚取代吩噻嗪因为受体部分氧化电势低,所以不具有这种特性.修正过的Lippert-Mataga公式被用来分析Stokes位移值,从而获得激发态偶极矩.较大的激发态偶极矩说明在激发态时这四种给体受体化合物体系内发生了完全的电子转移.氧化还原电势的数据表明基态时这四种衍生物给体受体部分的作用比较弱.分析荧光光谱获得的结果说明伴随着电荷转移这四种衍生物的激发态构型变化比较小,给体和受体间的扭转角在电荷转移后的激发态与在基态时相似.     

具有电子推拉结构的多支化分子的光物理特性的研究

利用稳态光谱和飞秒时间分辨荧光亏蚀的技术,研究了不同溶剂中一系列有分子内电荷转移特性的分子的结构与光物理性质的关系,研究体系为三苯胺作为电子给体,2,1,3-苯并噻二唑作为受体的单支分子及其对应的两支和三支分子. 并结合TD-DFT计算进一步解释了实验中所观察到的现象. 三个分子相似的吸收和荧光光谱以及强的溶剂依赖光谱特性表明两支与三支分子激发态与单支分子相似,表明激发态都定域在其中一支上. 激发时多支分子内发生多维电荷转移,然后快速地定域到某一支上发射. 另一方面多支分子相对于单支分子吸收和发射光谱的红     

A combined theoretical and experimental study of the ultrafast photophysics of Rhodamine B

The ultrafast dynamics of zwitterionic and cationic Rhodamine B in ethanol have been investigated using TDDFT calculations and ultrafast transient absorption spectroscopy. The calculations show that the zwitterionic form exhibits an electronically excited dark state which could potentially quench the initially photoexcited state, while in the case of cationic form the lowest excited lying dark state is outside the energy region of interest and cannot explain its quenching. Due to similarities in the relaxation dynamics of the two molecules, it is suggested that the electronically excited dark state may not play such an important role in the quenching process of this dye as previously proposed. Experimental evidence presented suggests that a quenching mechanism is active on the picosecond timescale for both forms of Rhodamine B.     

聚(9,9-二辛基芴)和聚(9,9-二辛基芴-共-苯并噻二唑)的光物理特性的理论和实验研究

通过比较分析聚(9,9-二辛基芴)(PFO)和聚(9,9-二辛基芴-共-苯并噻二唑)(F8BT),对半导体聚合物的光物理特性进行了系统研究. 量子化学计算显示,苯并噻二唑单元的引入促进了链内电荷转移(ICT),调节了聚合物的电子跃迁机制. 瞬态吸收测定表明,在单分散系统中的受激PFO衰减时主要表现为链内激子弛豫.在F8BT溶液中,ICT状态出现,并参与到激发态的弛豫过程中. 凝聚相中PFO和F8BT的弛豫过程加速和显示了在高激发强度下具有显著的激子湮灭行为. 在相同的激发强度下,F8BT的平均寿命长于PFO,有助于实现良好的电荷离域.