[发明专利]具有红转黄弱光上转换特性的三明治型酞菁金属配合物

说明书

技术领域

本发明属于三线态湮灭上转换领域，具体涉及一类三明治型酞菁金属配合物及其作为三线态湮灭上转换双组分体系中敏化剂材料的应用。

背景技术

三线态-三线态湮灭上转换（TTA-UC）是个多量子过程，通常需要将敏化剂和发光剂混合在一起构成三线态湮灭上转换双组分体系，基于三线态敏化剂和三线态发光剂分子间相互作用而产生的，是一个低能量（波长长）光转换为高能量（波长短）光的过程。其过程就是：i），敏化剂首先吸收一个光子到达激发态后通过系间窜越（ISC）到达其三线态；ii），然后由敏化剂到发光剂之间发生三线态-三线态能量转移（TTT）；iii），两个处于三线态发光剂发生三线态-三线态湮灭（TTA）并发射上转换荧光。整个TTA上转换过程就是：敏化剂光子在基态时，吸收能量，被激发来到单线激发态，其通过系间窜越，到达三线激发态，又通过三线态–三线态能量转移，把此时的能量传递给受体（发光剂）光子（敏化剂光子需要和发光剂的碰撞传递能量），使其到达三线激发态，当处于三线激发态的发光剂光子达到一定浓度时，两个处于三线激发态的发光剂光子通过三线态-三线态湮灭（相互碰撞），在一定的几率上，将产生一个处于单线激发态的发光剂光子，另一个则回到基态，此时处于单重激发态的发光剂光子发射出荧光而回到基态。

三线态-三线态湮灭上转换（TTA-UC）表现出很多的优势，首先是TTA上转换需要的激发功率密度相当低，通常用mW/cm²数量级光强密度激发，可使用太阳光作为TTA上转换的激发光源；此外，TTA上转换的激发波长和发射波长很容易地调谐。因此，TTA上转换在太阳能利用（如光伏、光催化合成以及光降解等）方面都有诱人的应用前途。

2006年德国马普研究所的Baluschev首次报道，利用染料分子的亚稳三线态，实现了非相干光（< 10 W×cm^-2)的频率上转换（外量子效率大于1%），这项研究成果可将太阳光中低频波转换为高频的光波，为太阳光利用迈出崭新的一步，如将这种太阳光“上转换“系统和太阳能电池结合的话，则可储存更多的太阳能，可使有机光伏太阳能电池板受益（参见：S. T. Baluschev, V Miteva, G. Yakutkin, et al, Physical Review Lett., 2006, 6: 143903）；2008年德国马普所的Michael报道用近红外光激发金属卟啉/蒽衍生物的双组份体系获得外量子效率达3.2%的上转换；同年美国Currie小组的Miteva通过波导技术在铂卟啉/吡喃衍生物的双组分混合体系中，获得了6.8%的上转换效率；2009年，剑桥大学Chow研究小组的Chen用波长532 nm的激光辐照荧光酮衍生物/9,10-二苯基蒽的双组分混合体系，获得效率达1%的上转换荧光（参见： M. J. Michael, J. K. M. Mapel, T. D. Heidel et al, Science, 2008, 321: 226；T. Miteva, V. Yakutkin, G. Nelles, S. Baluschev, New Journal of Physics, 2008, 10: 103002；H. C. Chen, C-Y. Hung, K-H Wang, et al, Chem. Commun., 2009, 4064）。

太阳光谱覆盖的波段很广，其电磁辐射中99% 的能量都集中在红外区和可见光区。前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，充分利用太阳能中的近红外波段作为弱光上转换的有效光源具有极其重要的意义。酞菁配合物因其特殊的结构，所以具有良好的催化活性，从结构上看有以下几个特性：芳香族π电子在整个四氮杂卟啉环上共轭，位于环中心的空穴能容纳多种金属元素，金属元素能与酞菁形成配合物；共轭大分子呈现出高度的平面性，催化反应可在该平面的轴向位置发生。随着科技的发展，金属酞菁配合物被逐渐合成，并在电致变色和半导体电导领域激起了人们的研究热情。然而，现有酞菁和金属酞菁的溶解性均很差，这极大地限制了其应用。

目前，还未见钯/铂三维结构酞菁类配合物的报道，更没有关于钯/铂三维结构酞菁类配合物在三线态湮灭上转换领域的应用报道。

发明内容

本发明的目的是提供两种三维结构的钯/铂酞菁配合物，解决了金属酞菁溶解性差的难题，同时保留了重金属酞菁极好的三线态特性；首次公开了该类金属配合物用于三线态湮灭上转换材料中的敏化剂。利用三维结构的钯/铂酞菁配合物作为敏化剂制备的三线态湮灭上转换材料实现了红-转-黄弱光上转换，在太阳能利用领域具有潜在的应用前景。