[发明专利]一类具有双光子吸收特性的轴向配位复合物材料

说明书

本发明公开了一类具有双光子吸收特性的轴向配位复合物材料，该材料是吡啶末端功能化方酸菁衍生物的末端吡啶N原子与金属卟啉或金属酞菁衍生物的中心金属间发生配位形成。具体制备方法为将吡啶末端功能化方酸菁衍生物与金属酞菁或金属卟啉按照一定比例混合，经过加热和结晶处理后获得。该类复合物材料在大多数有机溶剂中表现出较好的溶解性，化学稳定性好，具有类三明治结构，空间上有效阻断了荧光有机小分子单体之间因簇集而导致的荧光猝灭，荧光性能和双光子吸收特性都有了明显提升。且其制备方法基于配位弱相互作用，制备工艺简单，有望在设计合成综合性能优良的新型非线性光学材料应用中发挥重要作用。

技术领域

本发明属于有机配位复合物材料技术领域，具体涉及一类具有双光子吸收特性的轴向配位复合物材料。

背景技术

近年来，非线性光学材料在光通讯、光信号处理、光限幅、光动力学治疗、生物成像等领域有着非常重要的应用前景，因此设计制备具有优良综合性能的非线性光电新材料受到了越来越多科学工作者的关注。寻求具有良好非线性和加工性能的新颖光学材料仍旧是一项具有重要意义的前沿课题。双光子荧光属于三阶非线性光学性质，在高能量密度脉冲激光作用下，荧光分子同时吸收两个光子从基态跃迁至激发态，经过一个非常短的所谓激发态寿命时间，跃迁回基态发射荧光的过程。与单光子荧光相比，双光子荧光多以近红外光为激发光源，具有较强的穿透能力、弱的光吸收和光散射效应。同时生物成像应用中近红外光源可以减少对生物组织的光损伤、光毒性和光漂白等问题。基本理论表明，双光子跃迁机率正比于入射光强度的平方。对于聚焦光束产生的对角锥形激光分布，双光子激发被限制在焦点附近空间体积约激发波长三次方的极小区域中，从而实现点成像功能，该特点赋予双光子荧光成像技术极高的三维空间区域选择性。双光子吸收截面是衡量材料双光子效应强弱的物理量。在以往的研究中，人们提出了通过增加分子共轭链的长度和线性，增加分子的维度，选择给电子、吸电子能力强的官能团以增大分子内电荷转移能力，增强π共轭桥的电子丰度和性质，选择平面性好的分子都能获得更强的双光子吸收性能，甚至可使目标化合物的双光子吸收截面值提高几个数量级。相比较而言，传统提升材料双光子吸收性能的方法主要是对分子进行化学合成修饰来引入强吸电子和给电子的官能团、或者通过聚合的方法增加其共轭程度来提升材料的跃迁偶极矩，从而达到提升材料双光子吸收性能的目的。该类制备方法涉及大量合成分离，工艺耗时长和经济效益低，并且不容易放大生产。最为关键的是，有机分子单元之间处于相对无序状态，因簇集导致的光物理性质改变无法避免。受金属-有机框架(MOFs)配体的多样性和结构可设计性启发，构建一种具有良好非线性特性的新型轴向配位复合物材料值得重点研究。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中双光子合成制备困难、有机小分子单体间易于聚集、提升双光子吸收特性效率低等问题，提供一类制备方式简单，双光子吸收截面高达10⁴GM，并且具有多重激发波长特性，激发波长拓展到近红外II区的轴向配位复合物材料。

针对上述目的，本发明提供的轴向配位复合物材料是通过吡啶末端功能化方酸菁衍生物的末端吡啶上N原子与金属卟啉衍生物或金属酞菁衍生物的中心金属间发生配位形成，具体结构式如下所示：

式中，m代表1～6的整数，R代表通过中心金属与末端吡啶上N原子配位的金属卟啉衍生物或金属酞菁衍生物。

上述吡啶末端功能化方酸菁衍生物的结构式如下所示：

式中，m代表1～6的整数；其参照文献“Organic Letters,2005,7(19),页码4257-4260”和“SensorsActuators:B.Chemical,2019,292,页码88-93”提供的方法制备而成。

上述金属卟啉衍生物的结构式如下所示：