碳硼烷衍生物的合成与光学性质的研究

发布时间：2017-08-13 13:44

  本文关键词：碳硼烷衍生物的合成与光学性质的研究

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【摘要】：具有独特结构的团簇化合物-碳硼烷因拥有立体芳香性、独特的物理和化学性质以及高的化学热稳定性,受到科研人员的广泛关注,尤其在光电材料领域的应用研究越来越深入,对它们的实验合成和理论研究层出不穷。本论文设计并合成一列基于碳硼烷的化合物,并研究它们的光学性质,研究工作分为两个方向:非线性光学性质的研究与线性光学性质的研究。非线性光学性质的研究集中于化合物二阶非线性光学(NLO)性质的研究。为了研究共轭链对碳硼烷衍生物的NLO性质的影响,我们设计两组具有不同共轭电子桥的碳硼烷衍生物:苯乙炔基碳硼烷与芴乙炔基碳硼烷。对合成的化合物进行HRS测试,测试结果显示这些化合物具有较大的超极化率β值,最大可达到309×10-30 esu,通过对比研究我们发现碳硼烷的引入、增大共轭链长与改变结构能有效改善NLO性能。为了研究取代基对碳硼烷衍生物NLO性能的影响,我们在碳硼烷另一碳位引入具有不同取代基常数的基团,研究结果显示具有较大Hammett常数的基团的引入能有效的改善分子的NLO性能。线性光学性质的研究主要集中于化合物的紫外吸收与荧光发射(PL)性质,我们设计了两组不同结构的碳硼烷-咔唑衍生物:一维线性单取代碳硼烷与二维V型结构碳位双取代碳硼烷,两组化合物具有不同的共轭链长。对化合物的紫外吸收与荧光光谱的测试发现,这些化合物的荧光受溶剂的影响较大。这些化合物在非极性溶剂中具有较高的荧光量子产率,最大可达86%,这是迄今为止,该类化合物在溶剂下能达到的最大荧光量子产率值。随着共轭链的增长,紫外吸收发生红移而荧光却发生了非同寻常的蓝移,并且荧光量子产率提高。为了解释特殊的光致发光现象,我们又对合成的化合物进行前线轨道密度泛函理论计算。计算结果显示,随着共轭的增长,从LUMO到比HOMO更低的的轨道的跃迁贡献率在增大,化合物的荧光发射是局部激发态(LE)与电荷转移态(CT)的共同结果。对于具有较大荧光量子产率的线性单取代碳硼烷,其显示出占主导的局部激发态的发射荧光。理论泛函的计算结果显示该类化合物的CT态发射光的波长较双取代的更短,该发射与蓝光发射的局部激发态共同作用,使得该类化合物发出蓝色荧光,该类化合物很具有开发成蓝光材料的潜力。
【关键词】：碳硼烷 非线性光学 光致发光 密度泛函
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O627.31
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 符号及缩写说明7-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 硼烷与碳硼烷8
• 1.2 碳硼烷的结构与性质8-11
• 1.2.1 碳硼烷的结构8-9
• 1.2.2 碳硼烷的合成9-10
• 1.2.3 碳硼烷的反应性10-11
• 1.3 非线性光学与碳硼烷衍生物非线性光学性质的研究进展11-16
• 1.3.1 非线性光学简介11-12
• 1.3.2 碳硼烷衍生物非线性光学性质的研究进展12-16
• 1.4 有机荧光与碳硼烷衍生物荧光（PL）性质的研究进展16-19
• 1.4.1 有机荧光简介16-17
• 1.4.2 碳硼烷衍生物荧光（PL）性质的研究进展17-19
• 1.5 课题的研究意义、设计思路与研究内容19-21
• 1.5.1 课题的研究意义与设计思路19
• 1.5.2 课题的设计思路与主要研究内容19-21
• 第二章 碳硼烷衍生物的合成、表征及非线性光学性能的研究21-54
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验药品与仪器22-24
• 2.2.1 实验药品和溶剂22-24
• 2.2.2 实验仪器24
• 2.3 试剂的纯化24
• 2.4 苯乙炔基碳硼烷化合物的合成24-31
• 2.4.1 合成路线24-26
• 2.4.2 实验步骤26-31
• 2.5 芴乙炔基碳硼烷化合物的合成31-38
• 2.5.1 合成路线31-32
• 2.5.2 实验步骤32-38
• 2.6 化合物的结构表征38-49
• 2.6.1 表征方法38
• 2.6.2 化合物的表征结果38-49
• 2.7 碳硼烷化合物非线性光学性质的测试与分析49-53
• 2.7.1 化合物的紫外-可见吸收光谱49
• 2.7.2 UV-vis测试结果49-51
• 2.7.3 化合物的超瑞利散射（HRS）测试51-53
• 2.8 本章小结53-54
• 第三章 共轭链延长的碳硼烷衍生物合成、表征与荧光性质的研究54-77
• 3.1 引言54
• 3.2 一维线性单取代碳硼烷化合物的合成54-57
• 3.2.1 一维线性单取代碳硼烷化合物合成路线54-55
• 3.2.2 实验部分55-57
• 3.3 双取代V型碳硼烷化合物的合成57-59
• 3.3.1 合成路线57
• 3.3.2 实验部分57-59
• 3.4 荧光发射性质的研究59-65
• 3.4.1 UV-vis吸收光谱59-61
• 3.4.2 双取代碳硼烷与单取代碳硼烷的荧光发射光谱61-62
• 3.4.3 荧光量子产率的测定62-63
• 3.4.4 双取代碳硼烷的PL谱图分析63-64
• 3.4.5 单取代碳硼烷的PL谱图分析64-65
• 3.5 密度泛函理论计算65-76
• 3.5.1 双取代碳硼烷基态前线分子轨道的DFT计算66-68
• 3.5.2 双取代碳硼烷激发态前线分子轨道的DFT计算68-70
• 3.5.3 双取代碳硼烷DFT计算结果分析70-71
• 3.5.4 单取代碳硼烷基态前线轨道 DFT 计算71-73
• 3.5.5 单取代碳硼烷激发态前线轨道DFT计算73-76
• 3.6 本章小结76-77
• 第四章 主要结论与展望77-79
• 4.1 主要结论77
• 4.2 展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-85
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间的研究成果85-86
• 附图86-129

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本文编号：667613