本文關鍵詞：兩類新型雙光子熒光分子探針的光學性質(zhì)及響應機理研究

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【摘要】：自20世紀60年代激光器出現(xiàn)以來,非線性光學迅速發(fā)展起來。新型的有機非線性分子材料得到國內(nèi)外學者的深入研究,其中有機雙光子分子材料以其本身特有的優(yōu)勢,在生命、信息科學等諸多領域具有較大地應用價值。近年來,由于其吸收波長在生命可承受范圍內(nèi)且靈敏度高、選擇性強等優(yōu)勢,雙光子熒光探針在生命、醫(yī)學、環(huán)境等領域受到了人們高度地關注。目前已有很多陰離子、陽離子、小分子探針被設計和合成出來,但相對于豐富的實驗研究而言,對雙光子熒光分子探針的理論研究特別是其響應機理的研究還比較少。針對目前對氣體分子尤其是細胞內(nèi)源性氣體小分子探針的研究較少的現(xiàn)狀,選取了基于“三大內(nèi)源性氣體”中的H2S和NO氣體的雙光子熒光分子探針光學性質(zhì)進行理論研究,同時對在探針的設計合成中最常見的兩種機理—分子內(nèi)電荷轉移(ICT)和光誘導電子轉移(PET)做了理論分析。具體工作可分為兩部分:第一部分是研究了兩種基于ICT機理的雙光子分子H2S熒光探針的光學性質(zhì)與響應機理;第二部分是研究了兩實驗組合成的皆以聯(lián)氨苯為NO受體的兩種雙光子分子NO熒光探針的光學性質(zhì),并在分子水平上分析了其光誘導電子轉移機理。下面簡要介紹兩部分的主要內(nèi)容:1、基于ICT機理的雙光子分子H2S熒光探針基于密度泛函理論水平上的解析響應函數(shù)方法,采用極化連續(xù)模型(PCM)研究了兩種新型的截斷型雙光子分子H2S熒光探針AcHS-1,2的單雙光子吸收及熒光發(fā)射性質(zhì),并對其響應機制進行了理論分析。計算結果表明,AcHS-1,2在與H2S反應后,生成物的單雙光子吸收性質(zhì)特別是熒光發(fā)射性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化,它們的吸收峰都有較大的紅移。進一步地分析了不同末端基團對探針分子光學性質(zhì)的影響,結果表明具有羥乙基的AcHS-2探針展示了較好的非線性光學性質(zhì)。分析了探針分子AcHS-1,2與H2S反應前后的Mulliken布局及電荷轉移過程,結果表明反應后分子內(nèi)電荷轉移量增大,從而改變了分子的光學性質(zhì),實現(xiàn)了對H2S的探測。2、基于PET機理的雙光子分子NO熒光探針采用密度泛函理論和極化連續(xù)模型研究了實驗室新近合成的基于光致電子轉移機理的NO探針QNO和LNO響應前后的單、雙光子吸收及發(fā)射性質(zhì)。在探針分子QNO和LNO與NO結合后,熒光強度與雙光子吸收截面出現(xiàn)明顯增強,從理論上說明了二者有望成為良好的雙光子分子NO熒光探針,此外,QNO由于其更優(yōu)秀的熒光團而表現(xiàn)出更優(yōu)秀的性質(zhì)。我們采用分子軌道理論對QNO和LNO與NO的探測響應機理進行了分析。本論文共分為六章。第一章介紹了非線性光學以及非線性光學材料和雙光子分子材料的研究情況。第二章簡要介紹了熒光探針的設計原理和對目標分子的主要探測響應機理。第三章是本文計算工作的理論基礎,包括多電子體系的量子化學方法和雙光子吸收截面的計算方法。第四章研究了基于萘酰亞胺熒光團的雙光子分子H2S熒光探針的結構與光學性質(zhì),并對其響應機理進行理論分析。第五章研究了兩種基于PET機理的雙光子分子NO熒光探針的光學性質(zhì),并在分子水平上以前線軌道理論分析了其響應機理。第七章進行了總結和展望。
【關鍵詞】：熒光探針 雙光子吸收 分子內(nèi)電荷轉移 光誘導電子轉移
【學位授予單位】：山東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O657.3
【目錄】：

• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 非線性光學10-16
• 1.1 非線性光學概述10-11
• 1.2 非線性光學與材料的研究進展11-12
• 1.3 雙光子吸收材料12-16
• 1.3.1 雙光子吸收現(xiàn)象12-14
• 1.3.2 雙光子吸收材料的應用14-16
• 第二章 熒光分子探針16-22
• 2.1 熒光分子探針概述16-17
• 2.2 熒光分子探針的結構17-18
• 2.3 熒光分子探針的主要響應機理18-21
• 2.3.1 光誘導電子轉移18-20
• 2.3.2 分子內(nèi)電荷轉移20-21
• 2.4 本文主要研究內(nèi)容21-22
• 第三章 理論基礎22-32
• 3.1 多電子體系的量子化學理論概述22-23
• 3.2 含時微擾理論23-26
• 3.2.1 單光子躍遷24-26
• 3.2.2 雙光子躍遷26
• 3.3 雙光子吸收截面的計算方法26-29
• 3.4 溶劑模型29-32
• 第四章 雙光子熒光H2S分子探針性質(zhì)及響應機理32-42
• 4.1 研究背景32-33
• 4.2 計算方法33
• 4.3 分子結構33-35
• 4.4 單光子吸收35-36
• 4.5 雙光子吸收36-37
• 4.6 熒光性質(zhì)37-38
• 4.7 響應機理分析38-39
• 4.8 小節(jié)39-42
• 第五章 雙光子熒光NO分子探針性質(zhì)及響應機理42-52
• 5.1 研究背景42
• 5.2 計算方法42-43
• 5.3 分子結構43-44
• 5.4 單光子吸收44-46
• 5.5 雙光子吸收46-47
• 5.6 熒光性質(zhì)47-49
• 5.7 響應機理分析49-51
• 5.8 小節(jié)51-52
• 第六章 總結與展望52-56
• 6.1 總結52-53
• 6.2 展望53-56
• 參考文獻56-60
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文60-61
• 致謝61

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本文編號：1038584