含碳硼烷光功能磷光铱配合物分子的合成和性能研究

【摘要】磷光铱配合物因其优异的光物理性质,被广泛得应用于有机电致发光,化学传感和生物成像等领域。尽管如此,随着最近十多年的飞速发展,目前这类磷光铱配合物从结构、发光机理到应用的研究空间都已趋于饱和。因此开发新型结构、优异性能的磷光铱配合物是一个巨大的挑战。而二十面体碳硼烷由于其稳定的三维结构,特殊的电子性质,近年来通过骨架或官能团的形式被引入到各种光功能分子材料中来调节或改进材料的性能。尽管如此,碳硼烷对这些光功能分子的光物理性质的调节和影响尚未研究彻底,很多奇特的光物理性质难以解释。基于碳硼烷这类特殊的官能基团在光电材料领域的涉入才刚刚起步,特别是在光功能金属配合物中的应用和研究则几乎是一个空白,因此本论文旨在将碳硼烷官能基团引入各种经典的磷光铱配合物中去,从而开发新型的、多功能型的磷光铱配合物材料,并且研究碳硼烷功能基团对磷光铱配合物光物理性质调节的作用。本论文具体研究内容分以下三部分展开：1.碳硼烷功能化的中性和阳离子型铱配合物的合成及光物理性能研究本章首次将邻、间、对三种碳硼烷异构体分别引入到经典的中性磷光铱配合物Ir(ppy)2acac和阳离子型铱配合物[Ir(ppy)2phen]PF6中去,具体的引入位点为环金属配体ppy苯环的4位,研究并探讨三种碳硼烷对两类配合物光物理性质的影响。研究结果发现,在中性配合物中,邻位碳硼烷对发光有淬灭效应,而间位和对位碳硼烷则对配合物溶液和固体发光量子效率有增强作用。而对阳离子型配合物而言,三种碳硼烷异构体不仅对配合物有发光增强作用,而且明显的调控了配合物的发光波长。此外,还通过电化学、量化计算等手段对上述光物理性质进行解释。2.碳硼烷功能化的三环金属面式和经式铱配合物的合成、光物理性能研究以及细胞成像应用本章首次将邻、间、对三种碳硼烷异构体分别引入到经典的三环金属面式磷光铱配合物fac-Ir(ppy)3和经式磷光铱配合物mer-Ir(ppy)3中去,具体的引入位点同样为环金属配体ppy苯环的4位,研究并探讨三种碳硼烷对两类配合物光物理性质的影响。研究结果发现,间位和对位碳硼烷对两类配合物的发光都有增强作用,而含邻位碳硼烷的面式铱配合物的发光量子效率与溶液或固体介质的介电常数呈反相关,即在介电常数小的介质中表现出强的磷光,而在介电常数大的介质中表现出磷光淬灭效应。此外,还制备了亲水性的巢式碳硼烷铱配合物,由于其在水溶液中高的发光效率和长的磷光寿命被成功的应用到细胞成像中去,特别是荧光寿命成像。3.碳硼烷功能化的四氮唑类中性和离子型铱配合物的合成、光物理性能研究以及细胞成像应用本章首次将邻、间、对三种碳硼烷异构体分别引入到中性四氮唑类磷光铱配合物Ir(ppy)2TZ和阳离子型四氮唑类铱配合物[Ir(ppy)2mTZ]PF6中去,具体的引入位点分别为环金属配体ppy苯环的4位和5位,研究并探讨三种碳硼烷对两类配合物光物理性质的影响。研究结果发现,在中性配合物中,邻位、间位和对位碳硼烷在苯环4位的引入导致配合物发光波长红移,且邻位碳硼烷衍生物红移最大,而邻位、间位和对位碳硼烷在苯环5位的引入则导致配合物发光波长蓝移,同样邻位碳硼烷衍生物蓝移最大。在阳离子配合物中,邻位、间位和对位碳硼烷在苯环的4位和5位的引入都对配合物发光有蓝移作用。此外,还制备了亲水性的巢式碳硼烷铱配合物,由于该化合物在水溶液中对O2有很好的传感效果,因此被成功应用到不同氧气浓度下的细胞成像以及荧光寿命成像。
【作者】施超；
【导师】燕红；
【作者基本信息】南京大学，化学，2014，博士
【关键词】磷光；铱配合物；碳硼烷；中性；阳离子；细胞成像；传感；

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