螺二芴-苝二酰亚胺系列化合物的合成与光物理性质的研究

摘要

苝二酰亚胺(Perylene tetracarboxylic acid diimide，简称PDI)类衍生物作为一种重要的光功能材料，近年来对其发光性质和光物理性质的研究愈来愈受到关注，并且已经逐渐成为研究热点。由于它具有优异的光和热化学稳定性，在可见和红外光区有很强的吸收和发射，因此在液晶、电致发光、太阳能转化以及生物荧光探针等方面有广泛的应用前景。
　　 近来通过对苝二酰亚胺的结构进行修饰，以控制苝二酰亚胺类化合物的性质，进而获得新颖的光电性质是十分可行的，可以满足PDI在不同领域的应用。通过研究发现把多个PDI单元结合在一个分子中，通过调节各个基团之间的相互作用，可以得到具有新颖光电性质的化合物。基于此，我们设计合成了一系列含多功能团的苝二酰亚胺衍生物并对其性能进行了研究。以下是本文的主要工作:
　　 第一章:概述了PDI及其衍生物的发展历史、合成方法、基本性质、以及在人工光合作用中的应用;以不同PDI衍生物的光物理化学性质作为本文的研究焦点。
　　 第二章:我们设计合成了用螺二芴连接四个1，7位对叔丁基苯酚取代(PO-PDI)的衍生物Spiro-PDI1、连接三个PO-PDI和一个1，7位四氢吡咯取代(5PDI)的PDI衍生物Spiro-PDI2以及连接一个PO-PDI和一个5PDI的衍生物Spiro-PDI3，并且对这些化合物进行了表征。作为对比，我们还合成了用单个芴来连接PO-PDI和5PDI的系列化合物。
　　 第三章:为化合物的性质测定部分。使用稳态电子吸收光谱，荧光光谱，荧光寿命以及瞬态吸收光谱等测量方法研究了化合物的光物理性质。稳态电子吸收光谱表明:在基态，用螺二芴连接的苝类衍生物在溶液中分子间和分子内的PDI单元之间均没有相互作用。荧光光谱表明了在溶液中存在分子内的PO-PDI向5PDI高效的光致能量传递和部分5PDI向PO-PDI之间的电荷转移过程。这种光致能量传递不受PDI单元在分子中相对位置以及距离的影响，而5PDI向PO-PDI的光致电子转移则明显的受给体与受体之间距离的影响。同时瞬态吸收光谱也表明了在化合物中存在高效的能量传递。
　　 第四章:我们合成并表征了新颖的螺二芴D-π-A体系，在螺二芴与PDI之间引入一个苯环，通过延长给体与受体之间的距离来研究分子内的能量传递与电子转移过程。在对化合物的性质进行测试时，发现这些化合物的性质受溶剂作用影响比上一章中的化合物明显，通过测试我们还发现在这些化合物中只有PO-PDI到5PDI的能量传递的过程，而没有从5PDI到PO-PDI的电子转移发生，因此得到结论分子内的能量传递受距离的影响远远小于电子转移。

目录

声明

摘要

缩写

第一章 绪论

第一节 概述

第二节 苝二酰亚胺类衍生物的合成

第三节 苝二酰亚胺类化合物的基本性质

第四节 苝二酰亚胺类化合物在人工光合作用中的应用

参考文献

第二章 螺二芴-苝二酰亚胺系列化合物的合成及结构表征

第一节 引言

第二节 实验部分

第三节 结果与讨论

参考文献

第三章 螺二芴-苝二酰亚胺系列化合物的光物理性质表征

第一节 引言

第二节 螺二芴-苝二酰亚胺化合物光物理性质表征

第三节 结论

参考文献

第四章 苝二酰亚胺衍生物的分子内能量传递与电子转移研究

第一节 引言

第二节 实验部分

第三节 结果与结论

参考文献

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