三芳基咪唑类化合物的合成及其双光子吸收性能研究

双光子吸收是指物质分子或原子在强激光激发下同时吸收两个光子,从基态跃迁到两倍光子能量激发态的过程。目前,双光子吸收材料已广泛地应用到双光子激发显微[1]、频率上转换激射[2-3]、光学限幅、三维光信息存储[4]以及光生物学等领域。但在已报道的双光子诱导上转换荧光的有机     

多枝[1,3,4]-噁二唑衍生物的双光子吸收和光功率限幅特性

采用非线性透过率法测定了多枝[1,3,4]-噁二唑衍生物的双光子吸收性质. 测定了化合物的单光子荧光光谱和双光子荧光光谱, 在800 nm波长的激光激发下, 9-乙基-3,6-双{5-(4-叔丁基苯基)-[1,3,4] 噁二唑-2-苯乙烯基}-咔唑(3)和三-{5-(4-叔丁基苯基)-[1,3,4] 噁二唑-2-苯乙烯基-4-苯基}-胺(4)能够发出很强的蓝色和黄绿色双光子上转换荧光, 荧光峰分别位于485和547 nm. 这些多枝结构化合物的双光子吸收截面较大(数值超过104 GM), 并具有很强的光限幅效应. 多枝分子中重复单元的推拉电子结构和协同效应有效地增强了分子的双光子吸收性质.     

2-芳基-4,5-二噻吩基咪唑类化合物的合成及光谱特性研究

2,4,5-三苯基咪唑类化合物发现具有消炎、二阶非线性光学活性、化学荧光等性能和应用.我们发现,2,4,5-三苯基咪唑类化合物的结构与具有双光子吸收性质的多分枝结构十分类似[1,2].具有双光子吸收(TPA)的有机化合物在光电材料方面有多方面的应用:如光限幅[3]、三维结构微加工[4]、三维光信息存储、频率上转换激光[5],制造用于生物学领域的双光子聚焦显微镜.我们合成了2-芳基-4,5-二噻吩基咪唑类化合物,试图将咪唑环的4,5位上的苯环换成噻吩杂环后,研究其结构变化对双光子吸收等一系列物理光谱特性的影响.     

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.     

氧芴三苯胺多枝分子的双光子吸收与电化学行为

研究了3个氧芴/三苯胺衍生物: E-2,8-双(4-二苯胺基苯乙烯基)氧芴(简称OT-G1)、E-2,8-双[4-(二苯基氨基-二苯乙烯基)(4’-溴苯基)氨基-苯乙烯基]氧芴(简称OT-G1.5)和E-2,8-双-[4’,4″-二-(二苯胺基苯乙烯基)-4-二苯胺基苯乙烯基]氧芴(简称OT-G2)的双光子吸收和电化学行为. 研究结果表明, 分子“代数”从1→1.5→2增高, 氧芴三苯胺多枝分子的HOMO能级升高、双光子荧光强度和双光子吸收截面明显增大. 由于HOMO能级的升高有利于分子的电荷转移, 因而分子表现出强的双光子吸收能力, 这表明可通过电化学行为来推断出分子的双光子吸收性能.     

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     

双光子吸收有机材料及其在三维数字光存储中的应用

信息技术的发展要求存储器件必须具备超高存储密度、超快存取速率以及长存储寿命.而目前普遍应用的光数据存储的存储密度已经接近其物理极限.双光子吸收技术以其强的穿透能力和高的空间分辨率能够实现多层存储,存储密度高达10~(12)bits/cm~3,但能否开发出具有大的双光子吸收截面的材料成为制约其发展的一个重要因素.本文在综述近年来双光子吸收有机材料研究的基础上,介绍了双光子吸收有机材料在三维数字光存储中应用研究的最新进展.     

噻吩基卟啉衍生物的单光子和双光子吸收性质的理论研究

本文理论上研究了两个系列的噻吩基卟啉衍生物,这种衍生物在可见光区具有大的双光子吸收截面。用密度泛函理论和ZINDO-SOS方法,计算了分子的几何构型、电子结构,单光子和双光子吸收性质。结果显示噻吩单元的数目影响分子的单光子和双光子吸收性质。具有两个或三个噻吩基团的噻吩基卟啉衍生物在较大范围内具有可用于实际应用中的双光子吸收响应,这一性质有利于这类分子在光限幅中的应用。插入乙炔基有利于扩大共轭范围,增加分子的双光子吸收截面。同时,乙炔基团的加入导致了单光子和双光子波长的红移。从高透明性和相对大的非线性光学响应考虑,噻吩基卟啉衍生物是一类有应用前景的双光子吸收材料。     

含三种不同π电子中心的几种双光子吸收材料的理论研究

用密度泛函理论及ZINDO方法,从理论上研究了含二苯乙炔、二苯乙烯和偶氮苯等3种不同π电子中心的几种非线性光学(NLO)材料的双光子吸收截面δ(ω)及三阶非线性光学系数(γ).同时以正确的分子几何构型及UV-Vis光谱为基础,系统地研究和对比了它们的单光子吸收(OPA)和双光子吸收(TPA)的吸收峰位置.     

两个系列星型准八极矩分子单光子和双光子吸收性质的理论研究

采用DFT/B3LYP/6-31G*和ZINDO-SOS方法, 系统地研究了两个系列(以苯为中心的a系列和以三苯胺为中心的b系列)星型准八极矩分子及其单枝物的单光子和双光子吸收性质. 结果表明, b系列分子有较大的双光子吸收截面和更长的单光子和双光子吸收波长. 星型三分枝分子的双光子吸收截面较其单个分枝增长了超过3倍因为存在分枝间的相互作用. 含1,3,4-噁二唑的分子比含2,1,3-苯并噻二唑的分子有更大的双光子吸收截面但是最大吸收波长却蓝移, 不在红外或近红外区域.     

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。     

取代基对二噻吩并噻吩衍生物的双光子吸收性质的影响

利用ZINDO/SOS方法, 从理论上研究了对称和不对称取代两种情况下, 取代基对二噻吩并噻吩衍生物单双光子吸收性质的影响. 结果表明, 所设计的噻吩类分子具有较大的双光子吸收截面, 且双受体取代比双给体取代更有利于增大分子的双光子吸收截面. 同时发现, 此类分子受体取代可以显著增加波长较短的双光子峰附近的双光子吸收, 而给体取代则可以改善波长较长吸收峰附近的双光子吸收.     

双光子吸收材料的分子设计研究

介绍了双光子吸收材料分子设计原理.为了设计有大的双光子吸收响应的材料,对多种分子进行了系统的理论研究.用量子化学密度泛函理论和AM1方法进行分子几何构型优化.在优化结构的基础上,用ZINDO和自编程序求得分子的单、双光子吸收性质.设计了一些未知化合物,以期为合成新的具有大的双光子吸收截面的材料提供理论根据.以双层二聚二甲苯邻甲酸衍生物、铂乙炔化物、卟啉衍生物、C60、C70、八极矩分子为例,报道了我们在这方面的研究结果.     

3,6-和2,7-咔唑衍生物单光子和双光子吸收性质的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法以及ZINDO/SDCI方法计算3,6-和2,7-咔唑衍生物的分子平衡几何结构、电子结构及单光子和双光子吸收性质.乙烯基吡啶取代基的位置影响分子的单光子和双光子吸收性质.与3,6-咔唑衍生物相比,2,7-咔唑衍生物的单光子吸收波长红移,振子强度增大;双光子吸收波长红移,双光子吸收截面增加.结果表明,2,7-咔唑衍生物是更好的双光子吸收材料.     

具有双光子吸收性能的咔唑类衍生物的合成及其光谱特性

具有大的双光子吸收截面的有机化合物在光电材料上的应用,如频率上转换激射、光学限辐、双光子荧光显微和成像、三维光信息存储和光子晶体微加工等,显示出良好的应用前景.     

以N为耦合中心多枝分子的双光子上转换荧光

采用非线性透过率法研究了以N为耦合中心的多枝化合物N-[4-{2-(3,5-二-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-]苯基}-1-乙烯基}苯基}-N,N-二苯胺(BPODPA), N,N-双[4-{2-(3,5-二-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-]苯基}-1-乙烯基}苯基}-N-苯胺(BBPOPA)和N,N,N-三[4-{2-(3,5-二-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2]苯基}-1-乙烯基}苯基}胺(TBPOA)的双光子吸收性质, 测定了化合物的单光子荧光光谱和双光子上转换荧光光谱, 研究了多枝化对三苯胺分子双光子吸收和双光子激发荧光性质的影响.在800 nm波长的激光激发下,化合物BPODPA、BBPOPA和TBPOA在二氯甲烷溶液中发出很强的蓝绿色双光子上转换荧光, 荧光峰分别位于502、515 和518 nm. 这些多枝结构化合物的双光子吸收截面较大, 双光子吸收增强来源于多枝分子中扩展的π共轭体系和重复单元的协同效应.     

末端基团对芴类衍生物分子非线性光学性质的影响

通过采用预估矫正的时域有限差分方法数值求解速率方程-光场强度方程,研究了纳秒激光脉冲在具有不同末端基团的对称性芴类衍生物分子2,7-双(4′-(二甲基氨基)苯乙烯基)-9-氢-芴(F1分子)和2,7-双(4′-硝基苯乙烯基)-9-氢-芴(F2分子)中的动力学传播过程以及光限幅效应,分析了两种分子的光限幅特性随传播距离(z)、粒子数密度(N)以及脉冲宽度(τ)的变化情况,并且拟合了两种分子的动态双光子吸收(TPA)截面。计算结果表明,该系列分子具有较大的双光子吸收截面以及较好的光限幅效应。此外,F2分子的末端基团―NO2与F1分子的末端基团―N(CH3)2相比具有更强的得电子能力,因而使得F2分子具有更大的跃迁偶极矩,双光子吸收截面增大,光限幅效应更为明显。     

咔唑衍生物的固相合成及其双光子吸收和光存储应用

以N-乙基咔唑为原料,通过室温固相化学反应改进合成了2种双光子吸收材料(咔唑类衍生物2, 8-二[2'-(吡啶-4"-基)乙烯基]-5-乙基咔唑(L1),2, 8-二[2'-(吡啶-2"-基)乙烯基]-5-乙基咔唑(L2),其结构经¹H NMR,IR和MS确证,利用Z-扫描技术,测试了其纳秒下的双光子吸收截面为6 210和5 590 GM (1 GM = 1 ´ 10 ^-50 cm ⁴ · s · photon ^-1),用820 nm的飞秒单脉冲激光作为写入激光对存储介质进行双光子光漂白,对其作为三维光存储材料作了初步的探索。     

具有双光子效应的多核配合物

双光子吸收材料在上转换发光、生物成像、光动力学治疗、三维微结构加工等领域有着广泛的应用。金属配合物可通过金属中心为模板将数个具有双光子活性的有机配体组合成为复杂的多极体系从而增强双光子效应,还能使所得的双光子吸收材料的稳定性、发光寿命以及光谱的可调性得以优化,其中多核金属配合物的双光子吸收截面表现出的“协同增强”效应更是引起广泛关注。本文选取典型的多核配合物（分为同多核和异多核）,重点总结金属离子的种类和数量、配体分子以及配合物的结构等参数对其双光子性能的影响,特别关注多核配合物激发态的结构和能级、能量传递的模式和方向等对其光物理性质的影响机制,希望总结具有双光子活性的多核配合物的分子设计规律。最后,对目前具有双光子活性的多核配合物的制备以及“多核双功能”型配合物的开发研究方面存在的问题进行阐述和展望,以期为新型双光子吸收材料的构筑提供参考。     

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.