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.     

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.     

D-π-A型三联吡啶衍生物的合成及光学性质

以4'-(4-甲苯基)-2,2'∶6',2″-三联吡啶为电子受体(A)基元,通过Wittig反应引入电子给体(D)基元,合成了2个新的D-π-A型三联吡啶衍生物;研究了其单、双光子吸收荧光特性,并通过量子化学计算从结构角度进行了解释.目标产物的荧光量子产率(Ф)最高达到0.45,双光子吸收截面(δ2)最大达406 GM.     

D-π-A型三联吡啶衍生物的合成、结构和光学特性

以2,2'∶6',2″-三联吡啶为电子受体(Acceptor,A)基元,通过Wittig成烯反应引入N-己基-3-甲酰基咔唑电子给体(Donor,D)基元,合成了一种D-π-A型三联吡啶衍生物,对其进行了质谱、核磁共振波谱、红外光谱及X射线单晶结构分析.光学性质研究结果表明,目标产物具有单、双光子吸收和荧光特性,荧光量子产率(Ф)高达0.46,最大双光子吸收截面(δ)为120 GM.     

1,4-二(4'-N,N-二苯胺基苯乙烯基)苯衍生物单双光子吸收性质的理论研究

随着双光子显微技术的发展,获得性质优良的双光子荧光染料成为研究热点.因此,通过密度泛函理论(DFT)对一系列D-π-A-π-D型1,4-二(4'-N,N-二苯胺基苯乙烯基)苯(DPA-DSB)衍生物平衡几何结构、电子结构、单双光子吸收以及荧光发射性质进行了理论研究,对其结构和光学性质的分析表明,对A,π结构元进行修饰或更换可有效地调节光谱;向分子片段A引入杂原子可有效提高双光子吸收截面;和乙烯基团相比,π桥为乙炔基,若对分子平面性改变不大,则导致分子双光子吸收截面值减小,若乙炔桥很大程度改善分子平面性,则导致分子的TPA截面增大.本研究旨在理解DPA-DSB衍生物分子结构与双光子性质间的关系,为设计合成新型双光子材料提供重要信息.     

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.     

氰基羧酸二茂铁配体及其有机锡配合物的合成与光电性质

设计合成了一种D-π-A型(Donor-π-Accept)氰基羧酸二茂铁配体,它与有机锡化合物二丁基氧化锡(n-Bu2SnO)反应,得到了一种新型二茂铁有机锡羧酸酯配合物。通过1H NMR、119Sn NMR、IR、FT-IR、UV-Vis和元素分析等对配体及其配合物进行了全面的表征,利用X-射线单晶衍射测定了配合物的晶体结构,运用CV和Z-scan测试方法系统地研究了它们的电化学和双光子吸收性质。结果表明:与配体相比较,配合物更难被氧化,且具有更大的双光子吸收截面。     

二吡唑铝化合物双光子吸收性质的理论研究

应用密度泛函理论(DFT)和半经验的ZINDO方法对二吡唑铝化合物的单、双光子吸收(OPA、TPA)性质进行了研究.结果表明,铝氮烷杂环化合物具有好的双光子吸收性质,其双光子最大吸收截面值(δmax)可达到2860.1 GM(1 GM=10-50 cm4·s·photon-1).在中心、共轭桥和末端引入强的吸电子基团可调谐单、双光子吸收光谱,实现在不同波长范围的双光子吸收;利用三态公式分析了分子的双光子吸收截面变化的内在原因;铝氮烷杂环化合物与其相应的硼化合物相比,表现出类似的单、双光子吸收性质,但一定程度上可增大双光子吸收截面.     

具有近红外三阶非线性光学性质的咪唑邻菲罗啉钌配合物的合成及其与DNA作用特性

以邻菲罗啉双酮和N,N-二(4-丁氧基苯基)氨基苯甲醛为原料,设计合成了光功能配体(L)及其钌配合物1,运用现代分析测试手段进行了表征。 利用开/闭孔Z扫描技术测试了目标化合物的三阶非线性光学性质。 结果表明,在近红外范围内钌配合物具有比配体更大的三阶非线性系数和双光子吸收截面。 通过UV-Vis吸收光谱、荧光光谱、圆二色光谱和粘度实验,研究了配合物与小牛胸腺DNA结合特性。 结果表明,配合物通过插入模式与DNA结合。 因此,该新型钌配合物可以作为非线性光学材料应用于生物显影。     

双氰基二苯代乙烯型双光子荧光汞离子探针

分别以双氰基二苯代乙烯(DCS)和双[2-(2-羟乙基硫基)乙基]氨(HSA)为双光子荧光团和汞离子受体,合成了双光子荧光汞离子探针(DHg),并对其结构进行了分析.实验结果表明,DHg在甲苯、乙腈和水中的荧光量子产率(Φ)分别为0.78,0.42和0.20,对汞离子的络合常数通过单、双光子荧光滴定分别拟合为lg K=5.47±0.02和lg K=5.34±0.02.DHg在水溶液中对汞离子具有优良的选择性和高的灵敏性,可用于中性环境中汞离子的检测.DHg的双光子吸收截面(δTPA)在水溶液中高达840 GM,可用于细胞中汞离子的检测与成像.