有机杂环分子的双光子吸收特性

利用少态模型和密度泛函理论计算了新近合成的三个具有有机杂环结构的苯并噻唑衍生物的非线性光学性质. 计算结果表明，随着有机分子的分子电子离域结构的增大，最大吸收峰红移.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影响远大于吸电子基强度变化的影响.该类分子具有较好的双光子吸收特性.最后给出了三个分子的电荷转移过程.     

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.     

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.     

分枝结构对以N为耦合中心的多分枝分子的双光子吸收性质的影响

采用ZINDO/SOS方法,研究了以N原子为耦合中心,以二苯乙烯类、噻吩类和芴类分子作为分枝的分子的双光子吸收性质,从而研究了分枝结构对多分枝分子的双光子吸收性质的影响.结果表明分枝结构会影响分枝之间耦合作用的强弱,因而对分子的双光子吸收性质具有重要影响.所设计的分子中以二苯乙烯类和噻吩类分子作为分枝的多分枝分子具有较大的双光子吸收截面.     

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.     

卟啉多枝分子合成与分子内能量转移、双光子吸收性能研究

以三苯胺或硝基苯为端基, 合成了三个卟啉多枝分子: 5-(4-硝基苯甲酰氧基)苯基-10,15,20-三-(4-溴苯基)卟啉(TPP-NO₂)、5-(4-硝基苯甲酰氧基)苯基-10,15,20-三-(4-二苯胺基-1-苯乙烯基)苯基卟啉(TPP-X₃)和5,10,15,20-四-(4-二苯胺基-1-苯乙烯基)苯基卟啉(TPP-X₄), 进行了红外光谱、核磁共振光谱和质谱表征. 比较研究了分子“枝”、“核”不同键合方式与不同对称结构对分子的线性光谱、非线性光谱以及分子内能量转移行为的影响. 在钛宝石激光器(800 nm)和Nd∶YAG倍频光(532 nm)泵浦下, 样品溶液均发出卟啉环特有的红色荧光——前者系双光子吸收机制“上转换”荧光, 后者则为双光子吸收与分子内能量转移机制“下转换”荧光. 飞秒Z-scan技术测得样品双光子吸收截面最大可达130 GM, 与四苯基卟啉(TPP)同等测试条件下的双光子吸收截面相比增大了两个数量级.     

有机杂环类双光子材料的研究进展

综述了近年来不同结构的杂环类双光子材料的研究进展,并就其发展趋势进行了展望.指出双光子吸收材料在诸多领域有着潜在的应用前景,是光电功能材料领域研究的热点之一;其中杂环类化合物具有较强的推拉电子能力、高的光学稳定性、易修饰.能有效提高材料的双光子性能,是研究的重点.     

具有双光子吸收的咔唑类分子的设计、合成及光谱特性

设计、合成了四个新的咔唑类具有较大双光子吸收截面的化合物,研究它们的光谱特性,对双光子吸收的构效关系进行初步探索.     

三腈基呋喃推拉型电荷转移分子的双光子吸收

根据双光子吸收效应与分子之间＂构效＂关系,设计四种D-π-A推拉偶极型电荷转移分子,采用AM1方法计算出分子三阶极化率,筛选出具有潜在三阶非线性光学活性分子2-（3-腈基-（3-（4-（二甲胺基）苯乙烯基）-5,5-二甲环己基-2-烯）甲基）-5,5-二甲基呋喃-2-烯）丙二腈（CFM）.首次在温和条件下使酮羰基与TC...     

新型蓝色上转换荧光分子的合成、表征与双光子吸收性能

设计并合成了3个新的受体-给体-受体(A-D-A)构型上转换荧光分子,用傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱、质谱和元素分析进行了表征.测定了它们在不同溶剂中的线性吸收光谱、单光子荧光光谱和荧光量子产率.以飞秒激光作为光源,研究了它们的双光子吸收和上转换荧光特性.结果表明:该类化合物的荧光量子产率为0.20-0.68,双光子吸收截面为16×10-50-101×10-50cm4 s photon-1,具有较强的蓝色上转换荧光发射.     

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.     

新型蓝色上转换荧光分子的合成、表征与双光子吸收性能

设计并合成了3 个新的受体-给体-受体(A-D-A)构型上转换荧光分子,用傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱、质谱和元素分析进行了表征. 测定了它们在不同溶剂中的线性吸收光谱、单光子荧光光谱和荧光量子产率. 以飞秒激光作为光源,研究了它们的双光子吸收和上转换荧光特性. 结果表明：该类化合物的荧光量子产率为0.20-0.68,双光子吸收截面为16×10^-50-101×10^-50 cm⁴·s·photon^-1,具有较强的蓝色上转换荧光发射.     

Theoretical Studies on One-photon and Two-photon Absorption Properties of Pyrene-core Derivatives

The analytic response theory at density functional theory level is applied to investigate one-photon and two-photon absorption properties of a series of recently synthesized pyrene-core derivatives. The theoretical results show that there are a few charge-transfer states for each compound in the lower energy region. The one-photon absorption properties of the five investigated compounds are highly consistent with those given by experimental measure-ments. The two-photon absorption intensities of the compounds are greatly enhanced with the increments of the molecular sizes, in which the two-photon absorption cross section of the four-branched compound is about 5.6 times of that of the mono-branched molecule. Further-more, it is shown that the two-photon absorption properties are sensitive to the geometrical arrangements.     

吡啶基团的对称性和离子化对分子双光子吸收截面的影响

采用超快速激光光谱方法研究了含吡啶基团的四个联苯乙烯衍生物及两个杂环分子(A: 4,4’-二(2-(4-吡啶基)乙烯)联苯; B: 4,4’-二(2-(2-吡啶基)乙烯)联苯; C: 1-甲基-4-(2-(4’-(2-(4-吡啶基)乙烯基)-4-联苯)乙烯基)吡啶碘盐; D: 1-甲基-2-(2-(4’-(2-(2-吡啶基)乙烯基)-4-联苯)乙烯基)吡啶碘盐; E: 4-(2-(9-丁基-9氢-3-咔唑)乙烯基)-1-甲基吡啶碘盐; F: 4-(2-(9-丁基-9氢-3-咔唑)乙烯基)-1-甲基喹啉碘盐)的结构-性能关系. 实验结果显示双光子吸收截面最大的是分子E, 高达617.3 GM; 最小的是分子B, 为19.3 GM(1 GM=10^-50 cm⁴·s·photon^-1). 实验研究结果表明, 分子中吡啶基团的对称性及其离子化对分子双光子吸收截面起很重要的作用; 进一步用理论计算证实了以上实验结论并对其机制进行了分析讨论.     

9-戊基咔唑-3,6-双-(炔苯基-4-甲酸乙酯)的合成与双光子特性研究

采用钯催化的碳碳偶合反应合成了9-戊基咔唑-3,6-双-(炔苯基-4-甲酸乙酯)(I).进一步研究了化合物I在四氢呋喃和40%四氢呋喃水溶液中的光物理性质,结果显示,化合物I在40%四氢呋喃水溶液中的紫外吸收峰位置与其四氢呋喃溶液相比没有发生明显移动,它在40%四氢呋喃水溶液中的单光子荧光发射峰出现在453 nm,较其在四氢呋喃溶液的发射有42 nm红移,其荧光量子效率为0.44.用波长为660 nm飞秒激光激发时,化合物I在40%四氢呋喃水溶液中的双光子荧光发射最大峰红移至489 nm,其双光子吸收截面值为251GM,比其在四氢呋喃溶液中的截面(151 GM)增强了60%.     

几个荧光蛋白发色团双光子吸收性质的理论研究

实验测得的荧光蛋白的单、双光子吸收光谱在低频和高频区域都表现出明显不同的特征。为了揭示这些不同点的起源和研究荧光蛋白的构–效关系,我们详细研究了三种荧光蛋白发色团(一种增强型蓝绿色荧光蛋白的中性发色团和两种红色荧光蛋白的阴离子发色团)的单、双光子吸收特性,分别计算了纯的和振动分辨的电子谱。计算结果表明：光谱线形与计算采用的交换相关密度泛函及谱截面计算所采用的近似关系密切;如果在计算光谱截面时,我们利用长程修正的交换相关泛函CAM-B3LYP来计算几何和电子结构参数,然后把Franck-Condon (FC)效应和包含Herzberg-Teller (HT)效果的电-声耦合效应都考虑进去,理论计算的光谱与实验测定的光谱可以很好地符合;对于两种离子态的发色团,HT电-声耦合效应使得对应于基态到第一激发态跃迁的双光子吸收最强峰相对于单光子吸收的最强峰发生了蓝移,但HT电-声耦合效应对高频的双光子吸收谱没有太大的影响;分子内电荷转移是导致高频区的双光子吸收明显强于单光子吸收的主要原因。     

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.     

取代效应对脂滴检测NAPBr染料分子的双光子吸收和激发态性质影响的理论探究（英文）

双光子荧光染料分子在生物医学成像中具有广阔的应用前景,但取代效应对分子结构以及光物理性质影响的探求相对匮乏.本文设计并研究了一系列脂滴检测染料分子,分析了分子的光学性质以及无辐射跃迁等.通过分子内弱相互作用和电子-空穴布居分析,阐述了其内在机理.结果表明,所研究的分子均具有优良的光物理性能、高效荧光量子产量、大的斯托克斯位移以及显著的双光子吸收截面等.本工作合理地解释了实验现象并阐述了取代效应对脂滴检测NAPBr染料分子的双光子吸收和激发态性质的影响,这为设计新型的高效有机分子提供了理论指导.