本文關鍵詞：碳硼烷衍生物的合成與光學性質的研究

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【摘要】：具有獨特結構的團簇化合物-碳硼烷因擁有立體芳香性、獨特的物理和化學性質以及高的化學熱穩(wěn)定性,受到科研人員的廣泛關注,尤其在光電材料領域的應用研究越來越深入,對它們的實驗合成和理論研究層出不窮。本論文設計并合成一列基于碳硼烷的化合物,并研究它們的光學性質,研究工作分為兩個方向:非線性光學性質的研究與線性光學性質的研究。非線性光學性質的研究集中于化合物二階非線性光學(NLO)性質的研究。為了研究共軛鏈對碳硼烷衍生物的NLO性質的影響,我們設計兩組具有不同共軛電子橋的碳硼烷衍生物:苯乙炔基碳硼烷與芴乙炔基碳硼烷。對合成的化合物進行HRS測試,測試結果顯示這些化合物具有較大的超極化率β值,最大可達到309×10-30 esu,通過對比研究我們發(fā)現(xiàn)碳硼烷的引入、增大共軛鏈長與改變結構能有效改善NLO性能。為了研究取代基對碳硼烷衍生物NLO性能的影響,我們在碳硼烷另一碳位引入具有不同取代基常數(shù)的基團,研究結果顯示具有較大Hammett常數(shù)的基團的引入能有效的改善分子的NLO性能。線性光學性質的研究主要集中于化合物的紫外吸收與熒光發(fā)射(PL)性質,我們設計了兩組不同結構的碳硼烷-咔唑衍生物:一維線性單取代碳硼烷與二維V型結構碳位雙取代碳硼烷,兩組化合物具有不同的共軛鏈長。對化合物的紫外吸收與熒光光譜的測試發(fā)現(xiàn),這些化合物的熒光受溶劑的影響較大。這些化合物在非極性溶劑中具有較高的熒光量子產(chǎn)率,最大可達86%,這是迄今為止,該類化合物在溶劑下能達到的最大熒光量子產(chǎn)率值。隨著共軛鏈的增長,紫外吸收發(fā)生紅移而熒光卻發(fā)生了非同尋常的藍移,并且熒光量子產(chǎn)率提高。為了解釋特殊的光致發(fā)光現(xiàn)象,我們又對合成的化合物進行前線軌道密度泛函理論計算。計算結果顯示,隨著共軛的增長,從LUMO到比HOMO更低的的軌道的躍遷貢獻率在增大,化合物的熒光發(fā)射是局部激發(fā)態(tài)(LE)與電荷轉移態(tài)(CT)的共同結果。對于具有較大熒光量子產(chǎn)率的線性單取代碳硼烷,其顯示出占主導的局部激發(fā)態(tài)的發(fā)射熒光。理論泛函的計算結果顯示該類化合物的CT態(tài)發(fā)射光的波長較雙取代的更短,該發(fā)射與藍光發(fā)射的局部激發(fā)態(tài)共同作用,使得該類化合物發(fā)出藍色熒光,該類化合物很具有開發(fā)成藍光材料的潛力。
【關鍵詞】：碳硼烷 非線性光學 光致發(fā)光 密度泛函
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O627.31
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 符號及縮寫說明7-8
• 第一章 緒論8-21
• 1.1 硼烷與碳硼烷8
• 1.2 碳硼烷的結構與性質8-11
• 1.2.1 碳硼烷的結構8-9
• 1.2.2 碳硼烷的合成9-10
• 1.2.3 碳硼烷的反應性10-11
• 1.3 非線性光學與碳硼烷衍生物非線性光學性質的研究進展11-16
• 1.3.1 非線性光學簡介11-12
• 1.3.2 碳硼烷衍生物非線性光學性質的研究進展12-16
• 1.4 有機熒光與碳硼烷衍生物熒光（PL）性質的研究進展16-19
• 1.4.1 有機熒光簡介16-17
• 1.4.2 碳硼烷衍生物熒光（PL）性質的研究進展17-19
• 1.5 課題的研究意義、設計思路與研究內容19-21
• 1.5.1 課題的研究意義與設計思路19
• 1.5.2 課題的設計思路與主要研究內容19-21
• 第二章 碳硼烷衍生物的合成、表征及非線性光學性能的研究21-54
• 2.1 引言21-22
• 2.2 實驗藥品與儀器22-24
• 2.2.1 實驗藥品和溶劑22-24
• 2.2.2 實驗儀器24
• 2.3 試劑的純化24
• 2.4 苯乙炔基碳硼烷化合物的合成24-31
• 2.4.1 合成路線24-26
• 2.4.2 實驗步驟26-31
• 2.5 芴乙炔基碳硼烷化合物的合成31-38
• 2.5.1 合成路線31-32
• 2.5.2 實驗步驟32-38
• 2.6 化合物的結構表征38-49
• 2.6.1 表征方法38
• 2.6.2 化合物的表征結果38-49
• 2.7 碳硼烷化合物非線性光學性質的測試與分析49-53
• 2.7.1 化合物的紫外-可見吸收光譜49
• 2.7.2 UV-vis測試結果49-51
• 2.7.3 化合物的超瑞利散射（HRS）測試51-53
• 2.8 本章小結53-54
• 第三章 共軛鏈延長的碳硼烷衍生物合成、表征與熒光性質的研究54-77
• 3.1 引言54
• 3.2 一維線性單取代碳硼烷化合物的合成54-57
• 3.2.1 一維線性單取代碳硼烷化合物合成路線54-55
• 3.2.2 實驗部分55-57
• 3.3 雙取代V型碳硼烷化合物的合成57-59
• 3.3.1 合成路線57
• 3.3.2 實驗部分57-59
• 3.4 熒光發(fā)射性質的研究59-65
• 3.4.1 UV-vis吸收光譜59-61
• 3.4.2 雙取代碳硼烷與單取代碳硼烷的熒光發(fā)射光譜61-62
• 3.4.3 熒光量子產(chǎn)率的測定62-63
• 3.4.4 雙取代碳硼烷的PL譜圖分析63-64
• 3.4.5 單取代碳硼烷的PL譜圖分析64-65
• 3.5 密度泛函理論計算65-76
• 3.5.1 雙取代碳硼烷基態(tài)前線分子軌道的DFT計算66-68
• 3.5.2 雙取代碳硼烷激發(fā)態(tài)前線分子軌道的DFT計算68-70
• 3.5.3 雙取代碳硼烷DFT計算結果分析70-71
• 3.5.4 單取代碳硼烷基態(tài)前線軌道 DFT 計算71-73
• 3.5.5 單取代碳硼烷激發(fā)態(tài)前線軌道DFT計算73-76
• 3.6 本章小結76-77
• 第四章 主要結論與展望77-79
• 4.1 主要結論77
• 4.2 展望77-79
• 致謝79-80
• 參考文獻80-85
• 附錄: 作者在攻讀碩士學位期間的研究成果85-86
• 附圖86-129

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本文編號：667613