Московский государственный университет

им. М.В. Ломоносова

Факультет фундаментальной физико-химической инженерии

Институт проблем химической физики РАН

Лаборатория супрамолекулярной и органической фотохимии

Дипломная работа

Спектральные и фотохимические свойства гибридных органо-неорганических соединений на основе производных 2-стирилхинолина и наночастиц CdS

Оглавление.

Введение. 4

1. Обзор литературы. 6

1.1 Принципы получения гибридных соединений на основе квантовых точек и органических хромофоров. ……………………………………….…..6

1.2 Хемосенсоры на основе полупроводниковых квантовых точек. ………8

1.2.1 Хемосенсоры на основе механизма фотоиндуцированного переноса электрона. 8

1.2.2 Хемосенсоры на основе механизма резонансного переноса энергии. ..13

1.2.3 Фотоуправление люминесценцией гибридных систем, состоящих из квантовой точки и фотохромного лиганда………………………………..….19

2 Экспериментальная часть. …………………………………………………..23

2.1. Использованная аппаратура и методика экспериментов. …………….23

2.2. Методы расчета квантовых выходов. …………………………………...24

2.3. Синтез гибридного соединения QD-L.. …………………………………...26

2.4. Получение протонированных форм 2-(4-[9-меркаптононокси]­стирил)хинолина и гибридного соединения QD-L.. ……………………........28

3 Обсуждение результатов. ………………………………………………….....30

3.1. Спектральные и фотохимические характеристики исходных веществ. …………………………………………………………………………..30

3.1.1 Спектральные свойства 2-(4-[9-меркаптононокси]стирил)хинолина и квантовой точки CdS…………………………………………………………..30

3.1.2 Спектральные свойства 2-(4-[9-меркаптононокси]стирил)хинолина и квантовой точки CdS в кислой среде………………………………………...32

3.1.3 Фотолиз нейтральной и протонированной форм 2-(4-[9-меркапто­нонокси]стирил)хинолина…………………………………………………….35

3.2 Свойства нейтральной формы гибридного соединения QD-L……….38

3.2.1 Спектральные свойства нейтральной формы гибридного соединения QD-L…………………………………………………………………………….38

3.2.2 Фотолиз нейтральной формы гибридного соединения QD-L………...42

3.3 Свойства протонированной формы гибридного соединения QD-L.. …44

3.3.1 Спектральные свойства протонированной формы гибридного соединения QD-L……………………………………………………………...44

3.3.2 Фотолиз гибридного соединения QD-L в кислой среде………………46

3.4 Гибридное соединение QD-L в качестве фотопереключателя люминесценции…………………………………………………………………49

Выводы……………………………………………………………………………51

Список литературы……………………………………………………………..52

Введение

Материалы, обладающие контролируемой люминесценцией, востребованы в настоящее время в различных областях науки и техники – химические и биосенсоры [[i]], хранение информации, производство дисплеев и осветительной техники, дифракционно-неограниченная спектроскопия, моделирование молекулярных логических устройств.

Известные на данный момент подобные вещества состоят из люминофора и связанного с ним лиганда c изменяемыми спектральными свойствами. Переключение между различными состояниями системы может быть вызвано при помощи изменения химического состава среды или при облучении светом с определенной длиной волны, при этом облучение гораздо более селективно и обеспечивает большее пространственное разрешение [[ii]].

Использование облучения светом с двумя различными длинами волн для обратимых изменений люминесценции стало возможно благодаря использованию фотохромных соединений, обладающих двумя устойчивыми и различными по спектру поглощения состояниями. При этом спектр поглощения одного из состояний должен перекрываться со спектром люминесценции люминофора, а другого – отличаться от него. Тогда переход из одного состояния в другое будет «включать» или «выключать» люминесценцию. Наиболее удобными для использования в качестве обратимо переключаемых лигандов веществами являются органические фотохромы, обладающие двумя устойчивыми фотоизомерами и возможностью присоединения их к люминофору.

Люминофор должен обладать узкой, различающейся в зависимости от условий получения полосой излучения и достаточно длительным временем жизни люминесценции. Этим требованиям хорошо удовлетворяют квантовые точки (КТ, QD) - они имеют времена жизни люминесценции примерно в пять раз большие, чем органические флюорофоры, полосы излучения в области видимого света и ближнего ИК-излучения. Также КТ достаточно устойчивы к фотодеструкции и обладают высокими молярными коэффициентами экстинкции на большей части видимого и УФ спектра, что позволяет селективно возбуждать КТ даже в присутствии тушителя. Квантовые точки также удобны с синтетической точки зрения – изменение их размеров приводит к изменению спектра люминесценции, а к их поверхности возможно присоединение тушителя [[iii],[iv]].

В качестве лиганда в данной работе был использован синтезированный в нашей лаборатории 2-(E)-(4-[4-меркаптонон-1-окси]стирил)хинолин (L), способный к присоединению к квантовой точке при помощи тиольной группы и образованию гибридного соединения (QD-L). Спектральные свойства производных стирилхинолинов могут изменяться как при оптическом воздействии – облучении светом определенной длины волны, так и химическом – при изменении кислотности среды. Облучение светом с различными длинами волн приводит к обратимой цис-транс-фотоизомеризации лиганда, а подкисление раствора данного вещества – к протонированию хинолинового атома азота, что позволяет предположить возможность использования химического и оптического контроля люминесценции гибридного соединения. В качестве люминофора были выбраны квантовые точки CdS диаметром 2,5 нм, максимум люминесценции которых предположительно мог перекрываться с максимумом поглощения протонированной формы лиганда.