光功能材料的合成、光物理和双光子性质研究及在VOCs识别中的应用　　 光功能材料是有机光化学中最活跃的研究方向之一,非线性光学材料是光功能材料中最重要的一类材料。作为非线性光学材料的一种,近些年来双光子吸收材料受到了广泛的关注。双光子吸收过程中,化合物同时吸收两个光子,具有的优势包括局域激发、高的空间分辨率(＞120nm)、更深的穿透能力(＞500μm)、更低的自吸收以及更低的光损伤和光漂白等,因此双光子吸收材料在光限幅、三维微纳加工和信息存储、双光子荧光成像和显微术、光动力疗法以及上转换激光等领域都有广阔的应用前景。实现这些应用的关键是设计合成具有较大的双光子吸收截面的化合物;对于基于双光子荧光的应用,则需要得到荧光量子效率和吸收截面都比较大的化合物。这些都需要对这类光功能材料的结构一性能关系进行深入的研究,同时详细考察环境对光功能材料性质的影响,使其适合实际应用。　　 在以前工作的基础上,我们研究了两类光功能材料的基本光物理性质和双光子性质,并将其中的一种光功能材料成功应用到对挥发性有机气体污染物(VOCs)的识别中,开展了以下几个方面的工作:　　 一、苯乙烯类化合物的合成、光物理和双光子性质研究　　 设计并合成了一系列三嗪为受体四甲基二氢喹啉为给体的苯乙烯类化合物,包括:2,4-二甲基-6-((1,2,2,4-四甲基-1,2-二氢喹啉-6-)乙烯基)-1,3,5-三嗪(sMQT)、2.甲基-4,6-二((1,2,2,4.四甲基-1,2-二氢喹啉-6-)乙烯基)-1,3,5-三嗪(dMQT)和2,4,6-三((1,2,2,4-四甲基-1,2-二氢喹啉-6-)乙烯基)-1,3,5-三嗪(tMQT),比较了三个化合物在THF中的基本光物理性质和双光子吸收性质,研究了内在的结构因素对化合物的单光子和双光子性质的影响。检测了溶剂效应对三个化合物的吸收和发光光谱的影响,发现dMQT和tMQT的荧光量子效率随着溶剂极性的升高大大降低,符合energy gap law的原理。而sMQT的荧光量子效率随着溶剂极性的升高而大大升高,与通常的溶剂效应不同,原因是由于构像变化(conformational changes)的机理产生了极性较低的淬灭态和极性较高的发光态。更进一步,我们研究了溶剂效应对sMQT的双光子吸收的影响,发现由于一阶超极化率(βz)随溶剂极性呈现非线性的对应关系,化合物的双光子吸收截面随溶剂极性呈现非线性变化。　　 二、有机硼类化合物的合成、光物理和双光子性质研究　　 二米基硼类化合物和氟化硼络合二吡咯甲川(BODIPY)类化合物是两类性质优良的光功能材料。我们将这两种有机硼结构单元通过三苯胺键合到同一个分子上得到了目标化合物10-(4-((4-(二米基硼)苯基)(苯基)氨基)苯基)氟化硼络合二吡咯甲川(MBPB)。结合两个模型化合物,研究了它们的单光子和双光子吸收性质。发现二米基硼结构单元和BODIPY结构单元键之间可以发生高效的分子内能量传递。通过能量传递,激发二米基硼结构单元而BODIPY结构单元发光,显示出较大的表观Stokes位移。由于能量传递,MBPB的双光子吸收荧光为BODIPY结构单元的绿色,而其最大双光子吸收截面大大蓝移,更适合常见的激光器,在实际使用中将更加便利。　　 三、基于2,4-二甲基-6-((1,2,2,4-四甲基-1,2-二氢喹啉-6-)乙烯基)-1,3,5-三嗪(sMQT)的传感器阵列检测VOCs的研究　　 随着溶剂极性的增强,化合物sMQT显示出特异的荧光增强现象。基于此现象,设计了一种简单的、具有广泛响应的荧光传感器阵列,用来检测挥发性有机气体污染物(VOCs)。传感器阵列由一个化合物(sMQT)和多个多孔高分子薄膜制备得到,对不同VOCs的响应信号取决于高分子膜、VOCs分子以及sMQT分子之间的三元相互作用。检测VOCs前后的颜色变化可以用肉眼直接观察。两种数据后处理方式(△CIE和△RGB)的结果表明所制备的传感器阵列对VOCs有很高的选择性。由于高分子膜、VOCs和sMQT三者之间的作用千差万别,只要选择合适的多种高分子薄膜,这类荧光传感器可以广泛地用于识别多种VOCs,是一种普适的方法。