集成卟啉超分子手性聚集体的固态复合材料的制备及其在光学器件开发中的应用

Supramolecular chiral materials can amplify the molecular chirality into special length scales. Due to the mesoscopic asymmetry, supramolecular chiral materials have fantastic optical properties and significant applications in the fields of asymmetric catalysis, chiral recognition and chiral separation. However, supramolecular chiral materials always exist as solution, which intensively restricts the application development of supramolecular chiral materials in the field of optical materials. In order to address this problem, 5,10,15,20-tetrakis-(4-sulfonatophenyl)-porphyrin (TPPS)/ polymethyl methacrylate （PMMA） composite with integration of chiral aggregates of TPPS will be fabricated with the combination of self-aggregate modulated by confined space (inverse microemulsion) and polymerizable microemulsion. After being processed into several kinds of optical devices, the application of this material will be explored in the fields of nonlinear optics and laser filtering. This study can make connections between the chiral signal and the macroscopic properties and provide scientific basis for the development and design of optical devices.. Solid composite with integration of fantastic optical property of supramolecular chiral aggregates provides new insight into the development and design of optical devices. It is also meaningful for the application development of material with internal supramolecular chirality.

超分子手性材料将分子尺度手性进行放大，凭借其独特的尺度范围和不对称特性而具有诸多奇特的光学性质，在不对称催化、手性识别、手性分离等方面有着重要应用。但超分子手性材料常以溶液态形式存在，极大地限制了其在光学材料领域的应用开发。本项目针对这一问题，将反相微乳液受限空间调控自组装与乳液聚合两项技术有机结合，构筑集成四磺酸基苯基卟啉（TPPS）超分子手性聚集体的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）固体复合材料。随后尝试将该材料加工为几种光学器件，预计在非线性光学及激光滤波等领域探索此类材料的应用，建立手性信号和材料宏观性质的关系及其规律，为新型光学器件的开发与设计提供科学依据。. 集成超分子手性光学性质的固体复合材料为光学器件开发提供了新思路，也对于超分子手性材料的应用开发具有重要意义。

超分子手性材料是构筑基元基于超分子相互作用力（如氢键、静电相互作用、配位健、空间位阻效应、疏水作用等）组装形成的不对称复合体。四苯磺酸基卟啉TPPS的手性J-聚集体是非手性基元组成手性组装体的经典模型。组装体在特定波长（420、490nm）对左旋圆偏光、右旋圆偏光产生示差吸收（即圆二色性），显示了巨大的应用价值。本项目利用油相/界面相可聚合的反相微乳液滴构筑受限空间，在该空间中获得纳米尺度且分散性良好的TPPS手性聚集体，随后引发油相与界面相的共聚合反应，使包有纳米级手性聚集体的液滴固化于固态基质聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中，经不断的试样表征与配方优化最终获得光学性能良好的固态复合材料。该策略具有如下优点：1）利用反相微乳液技术可以使易于调控的水体系自组装行为在有机相中得以实施；2）受限空间技术保证了纳米组装体的良好均一性（窄分散性）；3）聚合完成后客体分子聚集行为即终止，所得固态试样可经历长期储存；4）固态试样可通过模具成型或后期加工获得所需几何外观，改进了液体材料使用时需经历灌装密封等复杂操作这一缺点；5）PMMA自身具有很好的光学性能，是制造光学材料时常用的有机基质之一。本项目后期，依靠PMMA基质材料的可加工性，所得复合材料被加工成若干形式的模型器件，并在非线性光学，手性识别，发光淬灭等方面的应用进行了探索与尝试。这为超分子手性材料在光学领域的实际应用提供了新视角，对超分子手性材料的应用开发提供了经验支持。