二苯乙烯衍生物的结构-光学性能关系的研究

（安徽中医药高等专科学校 安徽 芜湖 241000）

0.引言

二苯乙烯衍生物属于共轭体系类型。实验研究可知，二苯乙烯衍生物存在着相对大的共轭长度，并且其非线性极化率是很高的，同时，光电转换性能稳定与明显，属于优质的光学生色团（隶属非线性类）[1-3]。具有此类特性的有机材料包括光存储介质[4]、双光子显微技术[5-7]、激发辐射控制[8-9]、微加工工艺[10]以及光动力模型[11]等，体现了其很好的应用前景。由于强光子类型吸收材料的广泛应用，二苯乙烯衍生物成为了一种热点材料。本文讨论了3类不同取代基的发光性能，分析了其π键的共轭分子结构以及电子吸收能力。

式1 三种二苯乙烯衍生物

1.光学特性分析

采用北京普析公司生产的TU1901双光束UV-VL光光度计对测试目标的UV－VL吸收光谱进行测试。比色皿材料为石英，长度1.0cm，待测浓度1×10-5M，利用THF作为溶剂。采用日本SHIMADZU公司RT-5301PC型光谱仪完成单光子荧光的频域分析，其狭缝对应的宽度是，EX=3nm，EM=1.5nm利用作为溶剂。

2.结果与讨论

2.1 吸收光谱反演

3类化合物在0.30um～0.50um之间对应的光谱分布函数如图1所示，并且其光谱特征值由表1所示。在该波段内的吸收作用是通过分子共轭体系实现的，也就是π-π*所对应的跃迁。而其中化合物3c，它上面的烷基C-H中σ电子会发生共σ-π轭作用，与其作用的是苯的π电子，其具备微弱的电子给予特性，所以，会对苯环结构有影响。化合物3c对应的吸收光谱和3a比较可以发现，其存在一定的长波漂移现象。化合物3b是生色团取代苯，该化合物中存在π键，并通过N=O与苯结构连接时，它的结构中π-π是共轭的关系，符合共轭体系限制，所以，其吸收光谱与3a比较的话，存在更大的长波方向漂移。3类化合物的离域程度有3a＜3c＜3b。总而言之，无论采用吸电子的方式，还是对于给电子的方式，其中取代基的变化都是产生向长波方向的偏移。

图1 三化合物的紫外-可见吸收光谱谱图

表1 三化合物的紫外吸收光谱相关数据

2.2 荧光发光性能

图2 三化合物同一浓度下（10-5mol/l）的荧光发射光谱

表2 三化合物的荧光光谱相关数据

对于三个化合物而言，其浓度为10-5mol/l时，对应的荧光发射光谱分布分别如图2所示，而其光谱特征值则如表2所示，从图中可知，化合物3a对应的特征吸收峰为412nm，呈蓝紫光。

化合物3b与3a对比可知，光谱特征峰的位置在525nm，呈绿光。这个过程中存在波长向长波方向漂移，也就是红移，它的荧光总亮度在减小，这是由于硝基是通过吸电子类型的取代基实现的，产生了共轭效应引起的。而含有n型电子时，荧光对应的分子基态是不同的，其单重态的电子对产生了反方向的自旋效应。当一个电子实现激发过程时，则其跃迁至1态激发态，并且进入单重态轨道。当然，其也可以直接跃迁到高能级态的单重态，这两种形式都是符合光谱跃迁规律的。当跃迁至1态激发态对应的三重态轨道时，其构成禁阻跃迁。若硝基中存在的n电子也能够跃迁到π*键时，则也构成了禁阻跃迁。在此条件下，激发形成的分子数是很少的，对应的摩尔吸光系数也是比较小的，它的最低激发态S1为,n对π1*型而言，S1→T1的跃迁将越强烈，S1→S0对应产生的光子减少的会非常严重，所以荧光变弱。吸电子类型的取代基对荧光体的发射与激发都是有明显作用的[12]。

化合物3c与3a相比，其特征光谱峰位置为414nm处，呈蓝紫光。系统波长红移过程存在但微弱，荧光略有增加，而甲基给电子类型取代基应用时，受苯环上给电子基团的作用，π共轭的程度不断提高，对于π电子云而言，其密度将提高，离域能力增大，进而扩大了至共轭双键体系。所以波长增大，荧光增强，但供电子条件下该特性较弱，所以对波长和光强影响较小。当饱和烃基存在时，荧光体振动及自由度转动得到增大，削弱了激发和发射过程，化合物3c与3a比较后可知，发射特征光谱的振动模糊不清。

3.结论

本文讨论分析了二苯乙烯类化合物的相关光谱特性，包括发射特性和荧光特性，分析结果可知：取代基的构造对其光学性能的影响是很明显的，这对于吸电子类型取代基和给电子类型取代基都是一样的。都会使化合物的特征光谱产生向长波方向漂移。但吸电子类型取代基使荧光减弱，而另一类使其增加（增加发光波长与颜色（兰、黄或绿或橙）突出结构对发光性质影响），且选择不同的取代基可以获得不同颜色的发光，说明取代基团的改变可以对发光波长及特性进行控制，只需要调节相应的光学材料。另外，浓度对化合物溶液的荧光发光性能也产生重要影响。