摘要: 有机双光子材料是光功能材料领域的一个重要分支，合成大的双光子吸收和发射截面的大π共轭型有机化合物，并研究其结构-性质关系是本论文研究的出发点。 本工作以三聚吲哚、寡聚噻吩为π共轭体和给电子体，二米基硼(米基即2，4，6-三甲基苯基)为吸电... 展开 有机双光子材料是光功能材料领域的一个重要分支，合成大的双光子吸收和发射截面的大π共轭型有机化合物，并研究其结构-性质关系是本论文研究的出发点。 本工作以三聚吲哚、寡聚噻吩为π共轭体和给电子体，二米基硼(米基即2，4，6-三甲基苯基)为吸电子基，变换共轭链长度和取代基位置，设计合成了一系列八极分子和四极分子，测得了部分化合物的单晶结构，以及它们的单光子和双光子性质。主要结果如下： 1.化合物的合成和表征 首次合成了11个以三聚吲哚为母体的具有强荧光的稳定的八极分子化合物。合成了6个具有寡聚噻吩链四极分子化合物，其中4个为首次合成。它们的结构和编号如下： 2.化合物的晶体结构 在常温或低温下用X射线衍射法测定了12个新晶体的结构，其中8个晶体结构为四极和八极分子。 三聚吲哚衍生物的结构数据表明：a.三聚吲哚母体具有良好的C3对称性和平面性，连接中间苯环和外围苯环的C-C键长明显短于普通的C-C单键键长，说明整个分子具有良好的共轭性；b.2，7，12-位取代的三聚吲哚的这种C-C键长短于其3，8，13-取代异构体的相应C-C键长，说明2，7，12-异构体具有更好的共轭性。 在寡聚噻吩类化合物的结构中，噻吩环交错排列，避免了噻吩环上硫原子的孤电子对的互相排斥，从而保证了整个共轭链的平面性。化合物4V分子中，所有噻吩共平面。化合物5B的共轭链有所扭曲。B原子和共轭链之间的BC键长比B与米基之间的BC键长要短，表明B原子和噻吩共轭链之间有较强的共轭作用。 3.线性光学性质 2，7，12-取代的三聚吲哚化合物的吸收和发射峰较3，8，13-取代的相应异构体红移。对于寡聚噻吩类化合物，随着噻吩环数量的增加，吸收谱和荧光谱不断红移，但是当超过4个噻吩环的时候，红移不再明显。这些化合物都具有较高的荧光量子产率。 4.非线性光学性质 用参比法测试和研究了大部分目标化合物双光子吸收谱和上转换荧光性质。结果表明，大部分化合物的双光子(峰值)吸收截面大于1000 GM甚至2000 GM，部分化合物的上转换荧光发射截面大于1000 GM。 关于三聚吲哚衍生物的结构与双光子性能的关系，有如下启示： (1).实测结果和理论计算结果均表明：2，7，12-取代的三聚吲哚衍生物的双光子性能显著优于3，8，13-取代的化合物，2，7，12-位化合物较强的双光子截面对应于其晶体结构中更好的π共轭性，2，7，12-位化合物的双光子吸收谱及上转换荧光谱较其3，8，13-位异构体红移，这与上述线型光学的结论一致。 (2).乙烯桥化合物的双光子吸收截面优于乙炔桥化合物，但后者的上转换荧光发射截面可以大于前者，这是由于较高的荧光量子产率，例如2-BYT它的荧光上转换荧光的发射截面达到1100 GM。 对于寡聚噻吩类化合物，随着噻吩链的延长，双光子吸收谱逐渐增强，吸收峰渐次红移，当共轭链增长到一定程度时，整个谱带虽然增强，但吸收峰值不再变大。 收起