螺吡喃的固态荧光和可见光响应性质调控及应用研究

作     者：胡晓芳 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹梅贞

授予年度：2024年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：螺吡喃 固态荧光响应 可见光响应 信息加密 智能窗户 

摘      要：螺吡喃,作为一类重要的光响应分子,在光响应前后,其分子结构、外观颜色、荧光性质、极性发生显著变化。基于上述优异的性质,螺吡喃材料在信息防伪、软体驱动器、调控形貌、细胞成像、药物释放等领域展现了潜在的应用价值。螺吡喃分子光响应性质研究已经取得显著进展,但是仍然存在不少待解决的问题。一方面,螺吡喃分子的光响应荧光信号单一,光致荧光响应通常发生在溶液中,实现固态下光响应荧光性质变化仍然存在挑战。另一方面,螺吡喃分子的光致开环过程需使用能量高、危害大的紫外光,不利于螺吡喃材料的实际应用,因而实现螺吡喃分子的可见光致开环过程将拓宽螺吡喃材料的应用范围。本论文基于螺吡喃分子存在的上述问题,开展如下二章研究: 第二章:聚集态下光响应螺吡喃衍生物(NMI-SP)的设计合成。通过在螺吡喃吲哚环上引入具有聚集诱导发光(AIE)性质的萘酰亚胺取代基,NMI-SP在溶液态和聚集态下均具有光响应能力。在聚集态下,NMI-SP由紫外光致发生开环过程,其荧光颜色由橘黄色转变为红色,随着螺吡喃开环程度的增加,红色荧光逐渐减弱,实现动态荧光响应。证明NMI-SP在聚集态下成功实现了光致荧光动态响应。聚集态荧光性质的动态变化是由分子结构转变导致分子间聚集方式改变引起。最后将NMI-SP负载于纤维素滤纸基材上,制备具有光响应动态荧光变化的材料,用于可重复和二次加密的信息传递。 第三章:可见光响应螺吡喃衍生物(S1-S6)的设计合成。通过系统对比吲哚环和吡喃环取代基对螺吡喃光致开环过程的影响,证实吡喃环6-位上强吸电子取代基修饰有助于提升螺吡喃的开环程度,吲哚环4-位上吸、给电子取代均降低螺吡喃光致开环程度,并且吡喃环上共轭偶联吸电子取代基可实现光致开环波长的红移。本论文在螺吡喃的吡喃环上通过炔键偶联硝基苯(S4),成功合成了对可见光区405 nm及430 nm光源响应优异的螺吡喃分子。进一步地,将S4与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混制备的薄膜材料具有优异的太阳光响应能力,可将其应用于调节太阳光透过率的智能窗户;将S4与PMMA共混的聚合物溶液作为墨水,可应用于信息防伪。 本论文通过上述两章的研究,系统探究了螺吡喃衍生物的光物理性能调控,有效解决了螺吡喃分子存在问题。