芳香查尔酮衍生物的合成、理论计算及三阶非线性光学性质

合成了2种新的具有潜在应用价值的非线性光学(NLO)有机材料芳香查尔酮衍生物1-(呋喃-2-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(1)和1-(噻吩-2-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(2),并对其进行了NMR、IR和HR-MS结构表征。 采用4f相位相干成像技术测定了化合物1和2的三阶NLO性质并确定了相关参数:脉冲宽度4 nm,激光波长440 nm,化合物1:非线性吸收系数β=5.5×10^-10 m/W,非线性折射系数n₂=-2.1×10^-17 m²/W,三阶非线性极化率χ⁽³⁾=1.58×10^-11 esu;化合物2:β=-2.4×10^-10 m/W,n₂=0.3×10^-17 m²/W,χ⁽³⁾=0.50×10^-11 esu;并测定了紫外光谱和DSC曲线。 采用密度泛函方法计算了化合物1和2的轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,说明比较易于极化,展示了良好的非线性光学性质。     

基于二茂铁的两个查尔酮衍生物的合成及超快三阶非线性光学响应

二茂铁是合成新颖有机功能材料的基本单元之一。 本文设计并合成了两个基于二茂铁的同分异构查尔酮衍生物:1-二茂铁基-3-(噻吩-2-基)丙烯酮(a)和1-二茂铁基-3-(噻吩-3-基)丙烯酮(b)。 采用超快激光Z-扫描技术(脉宽180 fs,波长532 nm)测定了化合物a和b的三阶非线性光学性质。 结果表明,化合物a吸收系数β=-2.1×10^-12 m/W,折射率n₂=1.9×10^-19 m²/W,分子超极化率γ=5.37×10^-32 esu;化合物b:β=-1.2×10^-13 m/W,n₂=2.0×10^-19 m²/W,γ=4.48×10^-32 esu。 说明在飞秒激光激发下,电荷转移能够在化合物a和b分子内部快速进行,二者均具有优异的超快三阶非线性光学响应。 在B3LYP/6-311+G(d,p)理论水平下,计算了化合物a和b分子轨道能量、极化率和各基团在前线分子轨道中的占有率。 理论计算结果显示,二茂铁基团在化合物a和b前线分子轨道中占有率分别为97%和98%,对两化合物的非线性光学性能起主导作用。     

聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔/单壁碳纳米管复合材料的光物理性能研究

采用原位脱氯化氢缩合聚合法制备了聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔/单壁碳纳米管(PMOCOPV/SWNTs)复合材料. 红外光谱和拉曼光谱证实了在SWNTs表面的包覆层为PMOCOPV. 高分辨透射电子显微镜观察发现, PMOCOPV/SWNTs复合材料直径为4~7 nm, 其中PMOCOPV包覆层厚度约为2~5 nm. 紫外-可见吸收光谱表明, 随着SWNTs含量的增加, PMOCOPV/SWNTs的吸收发生蓝移且强度提高. 荧光光谱研究表明, 随着SWNTs含量的增加, PMOCOPV/SWNTs的最大发射波长发生蓝移且强度减小, SWNTs与PMOCOPV之间形成了光致电子转移体系, 使π电子离域程度增加, 导致荧光量子效率降低. 根据E_g与入射光子能量hν的关系, 拟合了PMOCOPV/SWNTs薄膜的光学禁带宽度, 发现随着SWNTs含量的增加, E_g逐渐减小. 采用简并四波混频方法测试其三阶非线性极化率χ⁽³⁾, 结果表明, 随着SWNTs含量的增加, PMOCOPV/SWNTs复合体的非线性光学响应逐渐增强, 说明PMOCOPV与SWNTs之间形成了分子间光致电子转移体系, 产生了复杂的分子间π-π电子非线性运动.     

以5-(6-羧酸-2-萘基)-间苯二羧酸为配体构筑的两个镉的金属-有机骨架化合物的合成、晶体结构及荧光性质

在溶剂热条件下,以不对称三羧酸5-（6-羧酸-2-萘基）-间苯二羧酸（H3L）为配体合成了2个镉的金属-有机骨架化合物:{[Cd₃L₂（H₂O）₃]·6DMF}_n（1）和{[Cd₃L₂（H₂O）₄]·3DMA}_n（2）。通过X射线单晶衍射,粉末衍射,热重和红外光谱进行了结构表征。结构分析表明,1和2形成3,6-连接的三维结构,其拓扑符号分别为:（4⁵.6⁴.8⁶）（4³）₂和(6¹².8³)（6³）₂。此外,还对2个化合物进行了荧光分析。     

芳香杂环聚合物紫外-可见光谱性质的理论研究

在AM₁方法优化构型的基础上,用ZINDO/CI方法计算了系列芳香杂环聚合物的紫外-可见光谱,探索分子结构与其光学性质之间的关系.理论计算结果表明,模型化合物ABPBO,PBO,PBOV和PBODV的紫外-可见光谱最大吸收波长(λ_max)依次增加,且相应吸收强度与分子链共轭长度相关.根据线性递变规律推导的理论λ_max值与其实验值(薄膜干态紫外吸收)符合得较好.由于质子化效应等环境因素,溶液中测量值较理论值和薄膜紫外吸收偏大.     

二茂铁亚胺及其环汞化合物的薄层色谱及紫外-可见、红外光谱特征

通过测定R^f值对比研究了二茂铁亚胺及其环汞化合物的色谱亲和性,发现环汞化合物比未汞化的二茂铁亚胺具有较高的R_f值,并用N→Hg分子内配位作用给予解释。分析取代基效应表明,亚胺氮上电子密度越高,R_f值越小。紫外可见光谱表明,环汞化合物分子中存在有N→Hg分子内配位作用。研究了N-Ar环和亚胺碳上的取代基效应对紫外光谱的影响,与N-Ar环上无取代基时相比,π→π^*CT跃迁带的最大吸收波长移动值△λ_max和Hammett-Brown常数σ⁺之间存在良好的线性关系。考察了二茂铁红外光谱规则对所研究体系的适用情况。     

聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔/Tb4O7纳米复合材料的制备及其光物理性能研究

采用原位脱氯化氢缩合聚合法制备了聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔/氧化铽(PMOCOPV/Tb₄O₇)纳米复合材料. 红外光谱证实了在Tb₄O₇表面的包覆层为PMOCOPV. 紫外-可见吸收光谱表明随着Tb₄O₇含量增加, PMOCOPV/Tb₄O₇的最大吸收峰发生红移且强度提高. 荧光光谱研究表明随着Tb₄O₇含量增加, PMOCOPV/Tb₄O₇的最大发射波长发生蓝移且强度提高, 荧光寿命得到增强, Tb₄O₇与PMOCOPV之间形成了光致电子转移体系, 使得π电子离域程度增加, 并且导致荧光量子效率提高. 根据E_g与入射光子能量hν的关系, 拟合了PMOCOPV/Tb₄O₇薄膜的光学禁带宽度, 发现随着Tb₄O₇含量增加, E_g减小. 采用简并四波混频方法测试它们的三阶非线性极化率χ⁽³⁾, 结果发现随着Tb₄O₇含量增加, PMOCOPV/Tb₄O₇纳米复合体的非线性光学响应逐渐增强, 这说明PMOCOPV与Tb₄O₇之间形成了分子间光致电子转移体系, 产生了复杂的分子间离域π电子非线性运动.     

1-(芘-1-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮的合成及三阶非线性光学性质

合成了一种新的有机非线性光学(NLO)材料1-(芘-1-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(PMPAK),通过¹H NMR、IR、HR-MS和元素分析表征其结构。 以Nd:YAG-Laser System作为光源,激光波长450 nm,脉冲宽度4 ns(FWHM),采用4f相位相干成像技术测定了PMPAK的三阶NLO性质并确定了相关参数:非线性折射率n₂=-1.84×10^-16 m²/W,非线性吸收系数β=2.53×10^-9 m/W,非线性极化率χ⁽³⁾=1.137×10^-10 esu。     

新型锌酞菁衍生物的合成及其光物理性质

以锌酞菁为母核，设计并合成了新型锌酞菁衍生物(1)，其结构经UV-Vis, ¹H NMR和HR-MS(ESI)表征。以DMSO为溶剂，对化合物1的光物理性质进行了检测。结果表明：化合物1的紫外-可见吸收光谱Q-带最大吸收峰为682 nm；荧光光谱的最大发射波长为690 nm；以无取代的ZnPc（Φ_F=0.20， Φ_△=0.67）为参照，测得化合物1的荧光量子产率（Φ_F）为0.22，单线态氧量子产率（Φ_△）为0.71；化合物1的光热转换效率为48.8%。      

二茂铁-酞菁-富勒烯超分子三元体系的构筑及光物理和电化学性质

采用富勒吡咯烷衍生物中的吡啶或咪唑基与二茂铁修饰的金属酞菁轴向配位构筑了二茂铁-酞菁-富勒烯超分子三元体系, 通过紫外-可见光谱滴定法测定了其配位稳定性(K_assoc约为8.58×10⁴ L/mol). 稳态和时间分辨荧光光谱研究结果表明, 在该超分子三元体系中发生了快速的光诱导电子转移(k_CS约为10⁹ s^-1), 并具有较高的电荷分离态量子产率(Ф_CS=0.88). 循环伏安法数据表明, 其电荷分离驱动力ΔG_CS为负值(-0.60 eV), 说明酞菁和富勒烯之间容易形成电荷分离态.     

2-(芘-1-基)-1,8-萘啶的合成、理论计算及超快三阶非线性光学响应

合成了一个供体-受体(D-A)型含芘萘啶衍生物2-(芘-1-基)-1,8-萘啶(PN)。 通过核磁共振波谱(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、液-质联用仪(LC-MS)表征了其结构。 通过电子光谱和Z-扫描技术方法分别研究了化合物PN的线性光学性质和三阶非线性光学吸收,采用综合热分析方法测定了它的热稳定性。 结果表明,在532 nm、180 fs条件下,PN的三阶非线性吸收行为为反饱和吸收,其吸收系数为β=9.0×10^-14 m/W,显示出超快三阶非线性光学响应。 运用密度泛函理论方法计算了分子轨道能量、极化率和超极化率,结果表明电子转移能够在分子内部进行。 2-(芘-1-基)-1,8-萘啶的紫外光谱在450 nm以上无吸收,在非线性光学吸收、激光防护、吸收型光开关或双稳器件等方面可作备选材料。     

芘基查尔酮的合成及三阶非线性光学性质

合成了一种新的具有潜在应用价值的非线性光学(NLO)有机材料1-(芘-1-基)-3-(4-二甲氨基苯基)丙烯酮(PMAK),并通过 NMR、IR、MS和元素分析等技术手段进行了表征。 采用溶液Nd:YAG激光技术测定了PMAK的三阶非线性光学性质并确定了相关参数。 纳秒实验结果:折射率n₂=-3.5×10^-17 m²/W,吸收系数β=7.0×10^-10 m/W,极化率χ⁽³⁾=2.54×10^-11 esu,分子超极化率γ=3.44×10^-30 esu;皮秒实验结果:n₂=-2.8×10^-18 m²/W,β=8.3×10^-11 m/W,χ⁽³⁾=2.49×10^-12 esu,γ=3.33×10^-31 esu。     

Three-photon absorption in a push-pull type chromophore containing tricyanofuran acceptor

Three-photon absorption（3PA） of a push-pull chromophore,2-（3-cyano-（3-（4-（dimethylamino）styryl）-5,5-dimethylcyclohex- 2-enylidene）methyl）-5,5-dimethylfuran-2-ylidene) malononitrile（CFM） including TCF group was measured by the nonlinear transmission method using a femto-second Ti:Sapphire oscillator-amplifier laser system.Its three-photon absorption cross-sections at 1300 ran were 36.8×10^-79 cm⁶ s² in the solution of DMF and 12.3×10^-79 cm⁶ s² in the solution of CH₂Cl₂,respectively.The large values were got by experiments in this paper,which is a new exploration for these kinds of materials.The molecule has the potential application foreground of 3PA areas and optical power limiting.     

1-二茂铁基-3-[(9-乙基)咔唑-3-基]丙烯酮的合成及三阶非线性光学性质

合成了一个新的非线性光学(NLO)有机材料1-二茂铁基-3-[(9-乙基)咔唑-3-基]丙烯酮(FCAK),并通过NMR、IR、MS和元素分析等技术手段进行了表征。 采用粉末Nd∶YAG激光技术测定了标题化合物的三阶非线性光学性质并确定了相关参数。 激光脉冲为4 ns时,非线性折射率n₂=-3.5×10^-18 m²/W,非线性吸收系数β=-2.7×10^-11 m/W,三阶非线性极化率χ⁽³⁾=2.04×10^-12 esu,三阶非线性分子超极化率γ=1.1×10^-30 esu。 激光脉冲为21 ps时,n₂=0.55×10^-18 m²/W,β=-0.6×10^-11 m/W,χ⁽³⁾=3.4×10^-13 esu,γ=0.13×10^-30 esu。     

硝基取代亚酞菁衍生物的电子光谱和非线性光学性质的理论研究

在AM₁方法优化的几何结构基础上,用INDO/CI-SOS方法深入探讨亚酞菁(C₂₄H₁₂B₁Cl₁N₆)的硝基取代对体系的电子光谱和二阶非线性光学性质的影响.结果表明,吸电子取代基和取代基的共轭链的增长对亚酞菁的分子结构和电子光谱的最大吸收峰影响很小,但对非线性光学性质都有较大影响,随着共轭链的增长,二阶非线性光学系数大幅度增强.未被取代的亚酞菁的β₀计算值与实验值十分相符,分别为-0.73×10^-28和-0.70×10^-28esu,共轭链最长的硝基取代化合物β₀值增大到-1.47×10^-28esu,增加约近1倍.     

SIFSIX-3-Ni膜的制备及氢气分离性质

利用(NH₄)₂SiF₆修饰大孔玻璃基底后, 在溶剂热条件下制备了SIFSIX-3-Ni膜, 并研究了温度和浓度对制备SIFSIX-3-Ni膜的影响. 能谱分析(XPS)结果表明大孔玻璃表面引入了氟元素. SIFSIX-3-Ni膜的粉末X射线衍射(PXRD)峰位置和模拟结果一致, 表明成功制备出SIFSIX-3-Ni膜. 从扫描电子显微镜(SEM)照片中观察到膜连续均匀, 厚度约为20 μm. 热重分析(TGA)结果表明, 活化前的膜没有客体分子. 单组分测试结果表明, 膜的H₂, CO₂和N₂渗透量分别为6.83×10 ^-6, 7.42×10 ^-7和8.89×10 ^-7 mol·m ^-2·s ^-1·Pa ^-1, H₂/CO₂和H₂/N₂的理想分离比分别为9.20和7.68. 在连续测试5 h后, H₂, CO₂和N₂渗透量基本保持不变, 表明SIFSIX-3-Ni膜具有很好的稳定性.     

The second and third order non-linear optical properties of liquid crystalline polymers

The second and third order non-linear optical susceptibilities of several donoracceptor substituted side chain polymers, some of which exhibit mesophases, will be reported. The susceptibilities were measured by harmonic generation from thin films, typically 0·5 μm thick, at a fundamental wavelength of 1064 nm and 1579 nm. For second harmonic generation, the spin coated films were contact poled on a glass substrate with an interdigited electrode pattern. Typical values obtained were χ⁽²⁾₃₁ = 1 × 10^-9 esu and χ⁽²⁾₃₃ = 3 × 10^-9 esu, the largest value was χ⁽²⁾₃₃ = 6·3 × 10^-9 esu. The difficulty in deriving reliable second order structure-property relations because of the large effect which the contact poling process has on the non-linear optical susceptibility of the films will be highlighted. The highest χ⁽³⁾ value of 5·8 × 10^-12 esu obtained from an amorphous film of a polymer with an asymmetrically substituted azo side group is comparable with the susceptibility of more typical third order non-linear materials such as the main chain polymers polyphenylacetylene and poly-p-phenylenebenzobisthiazole.