纳米无机杂化发光材料的分子设计与控制制备

无机杂化功能材料，尤其是纳米无机分子杂化功能材料的合成与制备，是当前纳米和无机功能材料化学领域研究的热点。本项目通过分子设计，以水解缩合制备的纳米大小结构独特的倍半硅氧烷分子为无机芯，采用点击化学的方法，将有机发光基团，可控地连接到纳米大小有明确结构的无机多面硅氧烷（POSS）分子上（化学键合），通过改变单体结构、反应方法与原料配比,制备系列新型纳米无机杂化发光材料，系统研究杂化材料的控制制备方法与形成机理。采用UV和荧光光谱测试技术，对无机杂化分子的光学性能进行系统研究，深入探讨无机杂化分子的结构与光学性能之间的关系与影响规律。

项目工作按照计划执行。项目设计制备了包括八官能POSS及单官能POSS的 3个POSS 单体功能分子，以及13个蓝、绿和红光发光单体功能分子，研究制备了蝌蚪型、哑铃型、星型三类有机无机杂化发光材料和无机杂化白光发光材料的分子，通过分子设计、合成优化实现了杂化分子的制备控制，对分子结构进行了详细表征，并对发光分子的光学性能以及分子结构对性能的影响规律进行了研究，采用理论模拟计算研究与实验分析结合，详细分析了杂化材料的纳米增强机理。.研究结果发现：1.通过点击化学方法,有效实现了有机无机杂化材料的结构与制备控制；2.在3D结构的八臂星形POSS基有机无机杂化发光中，发现纳米大小的POSS引入，有效的禁阻了有机组分的π-π堆叠，阻止了分子的聚集猝灭，实现了杂化纳米粒子在固态薄膜中的高效紫外荧光发射（从14%提高到78%）；并采用电子云密度的模拟计算理论研究与实验研究结合，详细分析了分子的发光增强机理。3. 在蝌蚪型和哑铃型的POSS基杂化分子H1（蝌蚪型）和H2（哑铃型）中，发现引入POSS后，杂化分子H1和H2均表现出良好的解聚集效应，动态密度泛函理论模拟计算和发光机理研究结果发现：H1以船式或椅式的方式相互堆叠，其有机组分面间距离均大于3.5 Å，但仍小于7 Å，聚集效应被减弱；而H2则呈现出肩并肩式的堆叠方式，其有机组分不能形成有效的面对面π-π堆叠，从而有望禁阻聚集，有效提高发光效率。4. 基于分子内能转移的控制的原理，以及大量优化实验和点击化学研究发现，采用点击化学合成法，在精确控制杂化分子中蓝光组分和黄光组分的比例在6:2的情况下，可有效实现了单分子白光发射。对白光发光实现的机理研究发现：白光发光的实现主要来源于分子内能转移的精确控制和POSS的解聚集增强效应，为杂化单分子白光发光材料分子设计提供了新的策略。