三明治型金属酞菁卟啉材料制备与弱光上转换性能研究

发布时间：2019-09-20 08:33

【摘要】：三线态湮灭上转换(TTA)是吸收低能量(长波长)的光,发出高能量(短波长)光的过程。优势是激发光能量低(太阳光的强度即可满足要求),这一特性使其在太阳能应用(有机光伏、光催化)和生物光子学(荧光显微、生物成像)等领域具有潜在应用,开展TTA-UC材料的研究成为当前有机光电领域的热点。本论文研究的主要内容如下:1.材料的合成为增加敏化剂的多样性,改善上转换性能,本文设计合成了一系列多层结构重金属钯/铂酞菁、卟啉配合物,分别命名为PtPc_2、PdPc_2、Pd_2Pc_3、Pt(MeTPP)2、Pd(MeTPP)_2。这几种材料是用来作为上转换体系中的敏化剂材料。主要改善了酞菁材料的溶解性能,提高了酞菁/卟啉材料的三线态磷光寿命等。2.敏化剂结构对上转换性能的影响我们系统对比了不同中心金属,不同空间层数酞菁/卟啉类敏化剂的上转换现象。在酞菁作敏化剂,与红荧烯构成双组份体系,在对比上转换强度与效率时,得出:Pd_2Pc_3(300、0.64%)PdPc_2(220、0.58%)PtPc_2(125、0.42%)。在卟啉类敏化剂与DPA构成双组份,对比上转换强度与效率时,得出:Pt(MeTPP)2(3200、13.5%)PtMeTPP(1800、18.5%);Pd(MeTPP)_2(9100、21.8%)PdMeTPP(6900、29%)。结合酞菁与卟啉的规律,本文得出金属Pd比Pt配位时的上转换性能更卓越;敏化剂空间结构层数越多,敏化剂三线态磷光寿命越长,三线态能级越高,最终促使上转换荧光强度和效率也越大。3.新型TTA上转换介质我们利用O/W微乳液介质解决了红荧烯发光剂见光,遇氧气发生分解和上转换溶液除氧的问题。对比甲苯作溶剂时,在两个小时持续的强光照下,红荧烯的浓度几乎不降低,上转换荧光效率也得以保持。
【图文】：

构成双组分体系以实现上转换荧光，包含敏化剂和发光剂，主要通过敏化剂与发光剂之间的三线态能量转移来实现（如图 1.4 所示）。其过程大致包括以下几个步骤：1、敏化剂吸收一个光子跃迁到第一激发态，其中的一部分通过系间窜越（ISC）到达其第三激发态；2、处于三线态的敏化剂将能量传递到发光剂上，使其跃迁至三线态（TTT）；3、两个具有三线态能量的发光剂之间发生碰撞，经过三线态-三线态湮灭（TTA）回落到基态，并发出上转换荧光。在 Jablonski 能级图图 1.5 中，我们可以简单明了地看到 TTA 上转换过程中能量转移的过程[42]。根据能级图，在这个过程中，需要几个因素，首先对敏化剂，要求材料的三线态寿命要长，并能轻松地从隙间穿越跳过单线态达到高能态。对于发光剂，需要具有较高的荧光量子产率，且在体系中发光剂的浓度要足够高，这样有利于两个处于三线态的发光剂分子彼此碰撞，湮灭发出荧光，发光剂的单线态能级要低于三线态能级的一半。对两个分子，其相互之间的能级匹配也尤为重要，另外还要求，敏化剂的三线态能级要高于发光剂的三线态能级。通过上述结论，得出发出一个上转换光子，即有两个三线态发光剂彼此作用，这使得 TTA 上转换的荧光强度与吸收光强度可用平方数学模型建模[43,67]。

苏州科技大学硕士论文 第一章 绪论1.3.1 光敏剂材料（1）金属卟啉[63-68]金属卟啉配合物被广泛的用作上转换敏化剂材料（见图 1.6），受到其独有的大环共轭结构（即四个次甲基与四个吡咯环互相成环），其性能上有诸多优点：(1)具有多个共轭 π-π 电子对；(2)具有出色的光、热稳定性；(3)分子配位多；(4)环内空穴可与多重金属元素配位，实现上转换的多样性。重金属卟啉配合物大多具有 50 微秒以上的三线态寿命，常被用作上转换体系敏化剂[51, 52]；太阳光中很大一部分能量分布在可见光、红光及近红外区域，，通过分子设计，金属卟啉配合物在这些波段处可以实现高吸收值，这对实现太阳光上转换是有利的，拓宽了上转换的应用范围。其中，很多的科学论文中，研究者们多以金属钯、铂卟啉配合物作为上转换体系的三线态敏化剂[53-59]。
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4

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本文编号：2538711