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近年来,有机纳米材料因其独特的光电功能性质和在下一代新型纳米器件中的潜在应用前景受到了越来越多的关注。本文以有机光功能分子为模型化合物通过再沉淀法和自组装法合成了一系列不同尺寸和形貌的有机纳米材料,并对其在介观尺度下的光物理化学性能进行了研究。结果表明得到的有机纳米材料具有光控荧光开关、荧光发射可调等光学特性,这对于进一步开发和利用有机光功能纳米材料具有重要意义。具体结果如下:
1.设计和合成了基于光致变色分子和荧光染料的光控荧光开关有机复合体系。通过再沉淀法制备了光致变色分子螺噁嗪(SO)-荧光分子(DCM)-荧光助剂(BPP)的三元掺杂纳米颗粒,并研究了掺杂纳米颗粒的光控荧光开关特性。螺噁嗪的开环体MC的吸收光谱与荧光染料的DCM的发射光谱发生重叠,能有效的猝灭DCM的荧光。基于此,利用螺噁嗪的光致变色反应,可以实现对体系荧光开关的可逆调控。但是,DCM由于浓度猝灭,荧光信号很弱,为此在掺杂纳米颗粒中加入荧光助剂BPP。结果表明,该三元掺杂纳米颗粒展现出了可逆的、高对比度和灵敏度的荧光光调控性能。还考察了基于光致变色的二芳基乙烯化合物和荧光分子香豆素6的光控荧光开关复合体系。将二芳基乙烯化合物和香豆素6简单混合,考察了此混合体系在溶液中和聚合物膜中的光开关特性。结果表明,可以得到可逆的、耐疲劳性好和高对比度的荧光光开关体系。以上光控荧光开关有机复合体系制备方法简单,具有一定的通用性,为以荧光为数据读出方式的可擦写高密度数据和图象储存介质的设计和开发提供了一种可选择的思路。
2.以芘甲醛为模型化合物,利用再沉淀法制备了不同尺寸和形貌的纳米聚集体,并对其光学性能进行了研究。该体系中,随着芘甲醛浓度增加,纳米棒的长径比逐渐增加;再沉淀后芘甲醛在水中聚集形成一维的纳米棒结构,而未取代的芘分子同样制备条件下只能形成零维的纳米颗粒。由此可以说明分子结构和实验条件对有机纳米材料的形貌有很大的影响,可以分别通过改变分子结构和实验条件实现对纳米结构形貌和尺寸的调控。同时,发射光谱表明分散体系中芘甲醛二聚体的发射峰和单体发射峰共存,芘甲醛浓度的变化可以直接改变聚集体发射和单体发射的相对比例,最终导致对体系发光颜色从蓝光到黄光的调控。
3.非手性的有机小分子偶氮苯衍生物通过自组装方法在水中形成手性的超分子结构,之后通过进一步自组装形成多级的手性纳米结构,如线形的纳米纤维(fibril)和纳米带(linear ribbon),螺旋的纳米带(twisted ribbon)和纳米线(helical fiber)等。通过SEM,TEM,AFM,XRD,NMR, CD等方法对偶氮苯组装体进行了研究。非手性的偶氮苯分子聚集后形成手性的超分子结构;水在手性超分子结构形成的过程中起了关键作用;形成的螺旋纳米结构中,两种相反的螺旋共存;非共价键如氢键和π-π作用力是主要驱动力;偶氮苯分子通过多级自组装,形成多种手性纳米结构。根据实验结果,推测了可能的多级自组装的形成机制。这一研究对于探索和模拟生命过程中的手性现象如手性识别和手性相互作用等具有重要的意义。