荧光组装体和室温磷光材料的设计与应用

发布时间：2020-07-03 23:05

【摘要】：荧光和磷光材料在光电显示、化学传感、防伪、检测和生物成像等众多领域有着重要应用。关于荧光材料发光机理的基础研究,其重要性自不必多言,2014年诺贝尔化学奖授予超分辨荧光显微镜即是明证。不可忽略的是,如何充分利用荧光解决其他领域中存在的问题也是意义重大的一个研究分支,而自组装由于其结构规整性和诸如范德瓦尔斯力、π-π堆积和氢键等弱的相互作用力可以有效影响荧光材料的发光性能,从而推进荧光材料的研究。本人在攻读博士学位期间致力于构筑荧光组装体和室温磷光材料,并将之应用在检测、光波导和生物成像等方向,以下将在本部分做简要介绍。众所周知,因为荧光探针具有灵敏度高、速度快和特异性等特点,在检测领域有重要的应用。目前,荧光探针主要有两种类型,一种是“开-关”型,另一种是比率型,由于“开-关”型是监控单个波长荧光的发光强度变化,因此很容易受到背景光和实验条件的干扰;而比率型荧光探针,则是在加入检测物之后,有两个或者多个发射峰强度的变化,因此就有一个互相校准的过程,进而可以有效地排除掉仪器和环境的影响。基于此,我们针对性地设计了聚乙二醇修饰的α-氰芪分子作为能量供体分子,用罗丹明衍生物作为能量受体和汞离子响应物,两者之间有荧光共振能量转移(FREF)过程,从而设计出了能够灵敏检测汞离子的比率型荧光探针(检测限为22 ppb),这部分工作也为其他检测物的痕量检测提供了思路。具有优异光物理性质的荧光超分子聚合物在光电器件方面有重要的应用价值。通过构建一维长程有序结构实现光波导互连,在现代信息通信技术中具有重要的应用价值。对于目前文献广泛报道的一维有机光波导材料,主要包括π-共轭聚合物及有机小分子晶体两类。其中,π-共轭聚合物存在尺寸非均一性、结构非晶态等问题;而对于π-共轭有机小分子,其晶体形状较难得到精确操控、且加工性相对较差,上述缺陷均制约了这两类体系在光波导材料领域的进一步应用。针对上述问题,通过对π-共轭铂炔基单体进行合理的分子设计,实现了氢键、π-π堆积等多重非共价键作用力的高效加合,成功构建了协同聚合机制的荧光超分子聚合物,该聚合物具有优异的光波导性质,光波导传输损耗为0.008 db μm-1。上述研究通过挖掘自组装过程的内在本质规律,为共轭超分子聚合物的可控构筑与光波导应用提供了新的思路。我们考虑用长寿命的磷光来扩充上述体系,而现有的磷光材料多为含有重金属(如铱、铂、钌等)的金属有机络合物,其高毒性和水溶液中的不稳定性制约了进一步的应用,纯有机的室温磷光材料则很大程度解决这一问题。我们通过合理的分子设计获得了氮萘酰亚胺的纯有机室温磷光,发现相对更高的HOMO能级可促进分子内电荷转移的发生,从而“介导”氮萘酰亚胺分子的π-π*系间窜越,得到氮萘酰亚胺体系的最红移室温磷光(发射波长:740纳米),进一步在该体系引入重原子溴,可以有效增强室温磷光,从而在生物成像领域发挥重要作用。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB34;O657.3
【图文】：

荧光组装体和室温磷光材料的设计与应用

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兆赫兹,氢谱,核磁,室温

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