邻、间、对位聚苯撑乙炔低聚物的结构和光谱性质

摘要

基于苯乙炔构建而成的共轭聚合物由于具有高吸收系数，高亲电性以及高荧光量子效率，在非线性光学材料、有机发光二级管、分子线、传感器等领域内有很好的应用前景。到目前为止直线型结构的聚对苯撑乙炔研究的广度和深度已经十分可观，相对而言其它位点聚合的非直线型聚苯撑乙炔受到的关注较少。与聚对苯撑乙炔不同，非直线型的聚苯撑乙炔即使在没有引入推拉电子的情况下也具有良好的溶解性和可加工性。如锯齿状二维结构的对-间聚苯撑乙炔中，由于间苯基乙炔基形成强局域共轭，使得发光效率得到提高。类似DNA和蛋白质这些生物大分子强规律性系列螺旋高聚物，在生命及医学研究中发挥着不可替代的作用，从而为材料科学领域开拓了一个新的视野。近年来有关于聚苯撑乙炔螺旋结构高聚物的相关实验报道很多，如日本福井大学对间聚苯撑乙炔螺旋结构性质的研究以及新加坡研究者对螺旋聚合物荧光探针的研究。
　　本文在聚对苯撑乙炔构型的基础上，通过改变亚炔基与亚苯基聚合位点的变化，设计一系列具有不同空间几何构型的二维、三维的非线型聚苯撑乙炔低聚物。主要的体系有间-间位、对-间位、对-邻位、邻-间位以及邻-邻位聚苯撑乙炔。运用密度泛函方法进行基态几何结构优化、激发态性质和跃迁机理的分析。通过计算得到随着主链的增长，聚苯撑乙炔的波长呈渐近线增长并预测各衍生物的有效共轭长度。在苯环侧基引入推拉电子基团氨基和硝基后波长发生红移但发光强度明显降低。通过激发能、光谱性质等计算结果来解释说明相关的实验现象，从而揭示共轭程度、聚合位点、侧基等对聚苯撑乙炔光学性质的影响，以达到对其光学性能的调制和改进。