高荧光扭曲电荷转移分子的设计及力致变色性质研究

The piezochromic fluorescence is the phenomenon that the optical properties of compounds, such as fluorescent color and intensity, etc, would change stable and reversible when they under the action of mechanical force (friction, shear, etc.) or static pressure. Mechanochromic fluorescence molecules (MCFs) have attracted the attention of researchers at home and abroad for their potential applications in pressure sensing, optical information storage, reversible writing media and anti-counterfeiting areas. However, at present, the material has the following problems, on the one hand, the contrast of color difference is small, and the variety of color change is not rich enough. And on the other hand, the effect of the microstructure of molecular aggregates on the mechanochromic properties is not clear. Thus, to solve the above problems, the cross-conjugated D-A molecules with twist intramolecular charge transfer（TICTs）would be designed and synthesized and researched on the mechanochromic properties of the contrast and polychroism. Besides, the correlation between the microstructure of aggregated states and the mechanochromic properties would also been studied by means of high pressure in situ equipment. What's more, the above problems not only enrich the types of MCF materials, but also provide theoretical and experimental basis for the structural design of MCF molecules, meanwhile, provide a theoretical explanation for the molecular polychromatic conversion and the formation mechanism of large color difference. It is of great significance to the practical application of MCF materials.

力致变色是指化合物的光学属性（荧光颜色及强度等）在外加机械力或静压力作用下发生稳定、可逆变化的现象。力致荧光变色（MCF）分子由于在压力传感、光学信息存储、可逆书写媒介及防伪等方面具有潜在的重要应用价值而受到了国内外研究者的高度关注。但目前该类材料存在以下问题：（1）色变对比度小，变色种类少，颜色不够丰富；（2）分子聚集态微观结构对力致变色性质的影响规律尚不清晰。针对以上问题：本项目首先设计合成具有扭曲电荷转移（TICT）特性的交叉共轭D-A分子；其次，研究“十字形”扭曲结构D-A分子力致变色的对比度和多色性质；最后，利用高压原位设备揭示物质相变过程中聚集态微观结构与力致变色性质之间的关联。这些问题的解决不仅能丰富MCF材料的种类，而且为具有多色转换和大色差性能的MCF分子的结构设计和分子特性的形成机理研究提供理论和实验依据，这对MCF材料的实际应用具有极大的促进意义。

力致荧光变色有机材料是一类具有潜在应用前景的新型功能材料，但目前该类材料存在颜色变化单一（仅限于两种颜色之间的转换），红移范围小且在可见光范围内的的问题。 更重的是力致变色形成机理尚缺乏深入的理解。本项目围绕“新型结构材料、激发态特性，特别是其非辐射跃迁过程和力致变色性质”为研究主线，以扭曲结构給受体分子的苯并噻二唑乙烯腈及其衍生物为材料体系，高压原位测试技术手段，开展电子给体和/或受体键接位置变化、光物理过程、聚集态结构和荧光性质等方面一系列研究工作,已发表SCI学术论文12篇，申请获授权发明专利1项，取得了一系列创新性成果：主要内容概括如下：.（1）设计合成不同给体-受体推拉电子能力、之间的有效距离和扭曲角的苯乙烯腈衍生物，实现了材料的力刺激多色和高对比转变。系统地研究分子的分子结构、激发态特性和力致变色的高对比度和高荧光量子效率的关联。.（2）借助高压原位拉曼、红外、稳态/瞬态荧光光谱和紫外可将光光谱借助高压原位技术实时测试的特点，发现随着压力的增加，分子构象发生平面化，分子间相互作用增加，最终导致荧光光谱的红移。.（3）申请人构筑基于苯并噻二唑乙烯腈受体基元（CSM）的高发光效率近红外发光材料，由于苯并噻二唑更大的共轭平面可以增加波函数的重叠，增加了发光分子的振子强度，另外，提出了非共价构象锁定策略，CSM基元形成了分子内的氢键，增加染料分子的刚性，提升材料的发光效率.总之，制备了多种基于苯并噻二唑乙烯腈给体-受体结构的力致多色变化材料，并阐明了扭曲结构给受体分子结构、激发态特征及分子聚集态结构和力致多色性能之间的关联，为力致变色分子的设计及其形成机理提供理论和实验依据。