二苯乙烯衍生物的結構-光學性能關系的研究

（安徽中醫藥高等?？茖W校 安徽 蕪湖 241000）

0.引言

二苯乙烯衍生物屬于共軛體系類型。實驗研究可知，二苯乙烯衍生物存在著相對大的共軛長度，并且其非線性極化率是很高的，同時，光電轉換性能穩定與明顯，屬于優質的光學生色團（隸屬非線性類）[1-3]。具有此類特性的有機材料包括光存儲介質[4]、雙光子顯微技術[5-7]、激發輻射控制[8-9]、微加工工藝[10]以及光動力模型[11]等，體現了其很好的應用前景。由于強光子類型吸收材料的廣泛應用，二苯乙烯衍生物成為了一種熱點材料。本文討論了3類不同取代基的發光性能，分析了其π鍵的共軛分子結構以及電子吸收能力。

式1 三種二苯乙烯衍生物

1.光學特性分析

采用北京普析公司生產的TU1901雙光束UV-VL光光度計對測試目標的UV－VL吸收光譜進行測試。比色皿材料為石英，長度1.0cm，待測濃度1×10-5M，利用THF作為溶劑。采用日本SHIMADZU公司RT-5301PC型光譜儀完成單光子熒光的頻域分析，其狹縫對應的寬度是，EX=3nm，EM=1.5nm利用作為溶劑。

2.結果與討論

2.1 吸收光譜反演

3類化合物在0.30um～0.50um之間對應的光譜分布函數如圖1所示，并且其光譜特征值由表1所示。在該波段內的吸收作用是通過分子共軛體系實現的，也就是π-π*所對應的躍遷。而其中化合物3c，它上面的烷基C-H中σ電子會發生共σ-π軛作用，與其作用的是苯的π電子，其具備微弱的電子給予特性，所以，會對苯環結構有影響。化合物3c對應的吸收光譜和3a比較可以發現，其存在一定的長波漂移現象。化合物3b是生色團取代苯，該化合物中存在π鍵，并通過N=O與苯結構連接時，它的結構中π-π是共軛的關系，符合共軛體系限制，所以，其吸收光譜與3a比較的話，存在更大的長波方向漂移。3類化合物的離域程度有3a＜3c＜3b?？偠灾?，無論采用吸電子的方式，還是對于給電子的方式，其中取代基的變化都是產生向長波方向的偏移。

圖1 三化合物的紫外-可見吸收光譜譜圖

表1 三化合物的紫外吸收光譜相關數據

2.2 熒光發光性能

圖2 三化合物同一濃度下（10-5mol/l）的熒光發射光譜

表2 三化合物的熒光光譜相關數據

對于三個化合物而言，其濃度為10-5mol/l時，對應的熒光發射光譜分布分別如圖2所示，而其光譜特征值則如表2所示，從圖中可知，化合物3a對應的特征吸收峰為412nm，呈藍紫光。

化合物3b與3a對比可知，光譜特征峰的位置在525nm，呈綠光。這個過程中存在波長向長波方向漂移，也就是紅移，它的熒光總亮度在減小，這是由于硝基是通過吸電子類型的取代基實現的，產生了共軛效應引起的。而含有n型電子時，熒光對應的分子基態是不同的，其單重態的電子對產生了反方向的自旋效應。當一個電子實現激發過程時，則其躍遷至1態激發態，并且進入單重態軌道。當然，其也可以直接躍遷到高能級態的單重態，這兩種形式都是符合光譜躍遷規律的。當躍遷至1態激發態對應的三重態軌道時，其構成禁阻躍遷。若硝基中存在的n電子也能夠躍遷到π*鍵時，則也構成了禁阻躍遷。在此條件下，激發形成的分子數是很少的，對應的摩爾吸光系數也是比較小的，它的最低激發態S1為,n對π1*型而言，S1→T1的躍遷將越強烈，S1→S0對應產生的光子減少的會非常嚴重，所以熒光變弱。吸電子類型的取代基對熒光體的發射與激發都是有明顯作用的[12]。

化合物3c與3a相比，其特征光譜峰位置為414nm處，呈藍紫光。系統波長紅移過程存在但微弱，熒光略有增加，而甲基給電子類型取代基應用時，受苯環上給電子基團的作用，π共軛的程度不斷提高，對于π電子云而言，其密度將提高，離域能力增大，進而擴大了至共軛雙鍵體系。所以波長增大，熒光增強，但供電子條件下該特性較弱，所以對波長和光強影響較小。當飽和烴基存在時，熒光體振動及自由度轉動得到增大，削弱了激發和發射過程，化合物3c與3a比較后可知，發射特征光譜的振動模糊不清。

3.結論

本文討論分析了二苯乙烯類化合物的相關光譜特性，包括發射特性和熒光特性，分析結果可知：取代基的構造對其光學性能的影響是很明顯的，這對于吸電子類型取代基和給電子類型取代基都是一樣的。都會使化合物的特征光譜產生向長波方向漂移。但吸電子類型取代基使熒光減弱，而另一類使其增加（增加發光波長與顏色（蘭、黃或綠或橙）突出結構對發光性質影響），且選擇不同的取代基可以獲得不同顏色的發光，說明取代基團的改變可以對發光波長及特性進行控制，只需要調節相應的光學材料。另外，濃度對化合物溶液的熒光發光性能也產生重要影響。