基于给体-受体关系的有机荧光团功能化的钌金属纳米颗粒的合成与其光物理性质的研究

摘要

由于量子尺寸效应，直径在1-10 nm的金属纳米颗粒具有与分子材料和宏观尺度的材料非常不同的物理和化学性质，其在纳米电子器件、多功能催化、化学传感器、数据存储单元等方面都具有很好的应用潜力。其中，表面由单层有机配体覆盖的金属纳米颗粒，可以简单地通过表层配体的交换反应或者活性配体的进一步反应而对金属纳米颗粒的物理或化学性质进行有效调控。具有给体-π-受体结构的分子，由于同时具有发光性能和电荷/能量传输性能，在光电器件、分子探针、有机电子学等方向也受到了广泛的关注。
　　在本文中，作者将D-π-A分子的设计思路，应用到表面由单层有机配体覆盖的钌金属纳米颗粒的荧光功能化中，制备了两个系列有机荧光团修饰的钌金属纳米颗粒并对其性质进行了探究：
　　1.制备了非常稳定的由单层1-癸炔保护的钌金属纳米颗粒，这种纳米颗粒可与具有端炔/端烯结构的荧光分子在表层通过烯烃交换反应以实现功能化。之后制备了以乙炔基三苯胺（ETPA）为能量/电子给体，以蒽系衍生物为能量/电子受体的荧光配体分子，并分别将其成对修饰到钌金属纳米颗粒上，得到了E-E-NP，P-E-NP两个系列产品。
　　2．对蒽系荧光团修饰的钌纳米颗粒光谱性质的研究，发现具有全共轭D-π-A结构的E-E-NP具有有效的颗粒内电荷离域化分布，其表现出光学特性与传统的D-π-A结构的分子一致，其荧光稳态光谱不随激发波长变化而产生发射峰的位移，也没有表现出明显的三苯胺的特征峰，说明颗粒内存在Dexter电子转移机制，并且通过瞬态荧光光谱的指数衰减拟合证明了只存在这一种颗粒内电子转移机制。而不具有全共轭D-π-A结构的P-E-NP则表现出了不同的光学性质，其荧光瞬态光谱表现出了随波长变长而衰减速度加快的现象，Frster能量转移过程在与Dexter电子转移的竞争中逐渐消失。
　　3.萘酰亚胺系荧光团修饰的钌金属纳米颗粒解决了在蒽系荧光团修饰的钌金属纳米颗粒中存在的给体和受体的发射峰重叠过多的问题。对EPN-E-NP和EBN-E-NP的光物理性质对比表明，EBN-E-NP由于光诱导电荷转移机制产生了明显的的荧光淬灭，而具有全共轭结构的EPN-E-NP则没有明显受到PET影响而表现出了正常的荧光发射，理论计算进一步显示EPN-E-NP的HOMO轨道电子云更多集中在TPA基团而非传统的4号位点，这可能归结于荧光团共轭相连的金属纳米核的作用阻碍了PET过程的发生。

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第一章 绪 论

1.1 纳米材料概述

1.2 有机分子修饰的金属纳米颗粒的研究

1.3 选题意义

第二章 钌金属纳米颗粒的合成和表征

2.1 引言

2.2 实验构思

2.3 实验试剂和仪器

2.4 钌金属纳米颗粒的制备

2.5 材料的表征

2.6 结果与讨论

2.7小结

第三章 蒽系-三苯胺衍生物修饰的钌金属纳米颗粒的制备及其性质的研究

3.1 引言

3.2 实验设计思路

3.3 实验部分

3.4 结果与分析

3.5小结

第四章 基于1,8-萘酰亚胺的荧光团修饰的钌金属纳米颗粒的制备与光电性质的研究

4.1 引言

4.2 实验设计思路

4.3 实验部分

4.4 结果与讨论

4.5 小结

参考文献

致谢

附录