[发明专利]一种高效红转黄弱光上转换体系及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于弱光致光子频率上转换技术领域，具体涉及一种对PH具有响应特性的，包括光敏剂和反应型发光剂的二元体系及其制备方法与应用。

背景技术

光频率上转换是将长波上的光波转变成短波长的光波，达到频率上转换。目前，通过有机材料的光频率上转换技术有两种：一种为双光子吸收机制的上转换（简称TPA-UC即Two-photon absorption upconversion），另一种是三线态湮灭机制的上转换（简称TTA-UC，即Triplet-triplet annihilation upconversion)。相对于前者来说，TTA-UC所需的激发光的光强密度低（一般低于100mW/cm²），理论上可使用太阳光作为TTA上转换的激发光源（太阳光的光强密度为100mW/cm²）。因此，TTA上转换在太阳能光伏、光催化及其太阳光驱动微环境检测等方面具有诱人的应用价值。

三线态湮灭上转换（TTA-UC）是个双量子过程，通常需要将三线态光敏剂和三线态湮灭剂（发光剂）混合在一起构成双组分体系，基于三线态光敏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（长波长）光转换为高能量（短波长）光的过程。其过程就是：i）光敏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）然后由光敏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：光敏剂光子在基态时，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（光敏剂分子需要和发光剂碰撞传递能量），使其到达三线态，当处于三线态的发光剂分子达到一定浓度时，两个处于三线态的发光剂通过三线态-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，另一个则回到基态，此时处于单重激发态的发光剂发射出荧光而回到基态。

从现有技术有关弱光上转换研究现状来看，由绿光转变成蓝光的上转换材料获得的上转换效率效率高（最高可达36%），并显示出在上转换光分解水产氢和光催化降解等方面具有诱人的应用价值（参考文献：(1) Jae-Hyuk Kim, Jae-Hong Kim, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17478-17481；(2) Bao Wang, Bin Sun, Xiaomei Wanget al, Efficient Triplet Sensitizers of Palladium(II) Tetraphenylporphyrins for Upconversion-Powered Photoelectrochemistry. J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 1417-1425；(3) Changqing Ye, Jingjing Wang, Xiaomei Wang et al, A New Medium for Triplet-triplet Annihilated Upconversion and Photocatalysis Application,PhysChemChemPhys,2015,DOI: 10.1039/C5CP05288B）。然而，由红光转黄光上转换材料的转换效率则很低，也未见红转黄上转换材料实际应用的报道。目前，红转黄上转换体系中的三线态发光剂均为红荧烯或者硼二吡咯亚甲基衍生物（BD-2），所构成的上转换体系的效率均很低（如在峰值功率为100 mW/cm²的光强激发下，获得上转换效率仅在~5%（参见：(1) S, Baluschev, V, Yakutkin, G, Wegner. Upconversion with ultrabroad excitation band: Simultaneous use of two sensitizers. APPLIED PHYSICS LETTERS, 2007, 90(18)；(2)Fan Deng, Jonathan R.Sommer, Mykhaylo Myahkostupov, Kirk S.Schanze, Felix N. Castellano, Near-IR phosphorescent metalloporphyrin as a photochemical upconversion sensitizer）。

发明内容