弱光上轉換材料、構效關系與應用研究.pdf

1、基于三線態(tài)-三線態(tài)湮滅機制(triplet-triplet annihilation, TTA)的弱光上轉換由于在太陽能電池、光催化、生物成像、光電器件以及三維光存儲等領域具有潛在的應用價值而受到人們的廣泛關注。弱光上轉換材料的制備、結構與性能的關系以及上轉換發(fā)光的探究是目前國內(nèi)外重點研究課題之一。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、挪牧显O計與制備為了研究弱光上轉換，基于文獻知識，本文對卟啉和蒽衍生物展開分子設計，制備了一系列卟啉與蒽衍生

2、物材料，分別是擁有較長的磷光壽命的：四苯基卟啉鈀（PdTPP）和四苯基卟啉鉑（PtTPP），以及具有很好的熒光性能的：蒽（An），9,10-二苯基蒽（DPA），2-氯代-9,10-二萘基蒽（DNACl），2-氰基-9,10-二萘基蒽（DNACN），2-甲酯基-9,10-二甲苯基蒽（DTAMA）。
　　⑵金屬配位對上轉換的影響我們首先研究了雙組分 PdTPP/DTAMA和PtTPP/DTAMA的上轉換現(xiàn)象，討論了金屬鈀、鉑配位對上轉

3、換效率的影響，發(fā)現(xiàn)鈀配位的卟啉有利于弱光上轉換。在DMF中，由鈀配位的三線態(tài)敏化劑PdTPP呈現(xiàn)出較長的磷光壽命（15.4μs），較小的非磷光衰減速率常數(shù)（9.75×104 s-1）和較大的磷光量子產(chǎn)率（0.45％），這些動力學數(shù)據(jù)都有利提高三線態(tài)能量轉移（TTT）效率。最終我們在低功率密度60mW?cm-2的激發(fā)下（532 nm），通過相對上轉換效率公式，我們計算得出PdTPP/DTAMA的上轉換效率（Φuc）高達19.12%，而Pt

4、TPP/DTAMA的是13.23%，所以，金屬鈀配位比鉑配位的敏化劑更有利于提高上轉換效率。最終，我們確定了鈀配位的卟啉比較適合做上轉換的敏化劑材料。
　?、前l(fā)光劑結構對上轉換的影響我們側重研究了發(fā)光劑的熒光動力學對弱光上轉換的影響。結果發(fā)現(xiàn)，發(fā)光劑的輻射衰減速率常數(shù)(kf)與非輻射衰減速率常數(shù)(knr)的比值控制著發(fā)光劑的熒光發(fā)射過程。實驗測量結果與理論計算的對比揭示了TTT效率(TTT)和熒光量子效率在上轉換效率上有共同的貢獻

5、，而三線態(tài)-三線態(tài)湮滅(TTA)是可以忽略不計的。為了研究弱光上轉換在光電化學方面的應用，我們找到了對藍光非常敏感的ZnCdS光催化劑半導體，以此半導體為光陽極，通過用綠-轉-藍上轉換熒光輻射負載在FTO導電玻璃上的ZnCdS，我們成功觀察到了上轉換藍光響應的光電流。
　?、然诰G-轉-藍弱光上轉換微乳液性能研究以PdTPP為敏化劑，DPA、DNACl為發(fā)光劑，制備了無毒環(huán)保、無需除氧脫氣、空氣穩(wěn)定的上轉換的微乳液，研究了上轉換微

6、乳液的相轉變，首次發(fā)現(xiàn)了微乳液的相轉變溫度（PIT=38 OC）。之后我們側重研究了微乳液中敏化劑磷光動力學對弱光上轉換的影響。結果發(fā)現(xiàn)決定微乳液中上轉換效率的是敏化劑的磷光壽命而不是磷光強度。
　　⑸綠-轉-藍上轉換的應用研究我們首次研究了微乳液弱光上轉換驅(qū)動羅丹明 B(RhB)的光降解。結果發(fā)現(xiàn)綠-轉-藍上轉換光的能量與 ZnCdS價帶和導帶的能級差相符，通過上轉換的光照射就能產(chǎn)生電荷分離。結果，綠-轉-藍上轉換的光照射100