响应性上转换体系的构建及应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

能源是人类永恒的主题，太阳能作为取之不尽用之不竭的安全环保型能源越来越受到人类的关注。但是目前人类对太阳能的利用主要集中在短波段，例如近年来备受关注的太阳能电池，无论是薄膜太阳能电池，还是硅晶太阳能电池或染料敏化太阳能电池，均因受到各种因素的制约（半导体tio₂能级，光敏染料吸收波长），只能利用800 nm以下的太阳光能量，对于长波段（低能量）太阳光的利用无能为力。上转换技术的出现为这个难题的解决带来了希望。

目前实现上转换的技术有很多，例如利用具有较大双光子吸收截面的染料实现双光子上转换，或者利用稀土材料等实现光波频率的上转换等。但是这些上转换技术存在诸多缺陷，使得这些技术的实用化受到限制：1）所需激发光能量高,一般在10w cm1,远远高于太阳光在地表的辐射能量（100 mw cm²,地面上太阳能标准采用 am1.5g）；2）上转换量子效率低；3）光敏剂性能不易调节等等。近年来，基于三重态-三重态湮灭（triplet-tripletannihilation,tta） 的上转换技术因其能解决上述上转换技术的缺陷而受到科学家的广泛关注。tta上转换所需激发光能量低（地表太阳光能量便能实现），上转换量子效率高，通过独立选择能量给体与受体（能级匹配）而实现激发波长与发射波长的可调，即实现将不同波段的光转换为高能量的光。

由于tta上转换的两个重要过程——三重态光敏剂向受体的能量传递（ttet）与受体分子间发生三重态湮灭（tta）均属于dexter机制，需要通过碰撞来完成，因而目前tta上转换多数在低粘度的有机溶剂中完成，在低粘度有机溶剂中三重态激子的扩散速度快、分子碰撞几率高、易实现高效上转换，但是，有机溶剂的易挥发性、光敏剂与受体在有机溶剂中溶解性限制以及溶液中的溶剂氧对三重态的淬灭效应等因素在很大程度上阻碍了tta上转换的实际应用。因此找到合适的方法实现自然环境条件下高效tta上转换越来越受到研究者的关注。这里我们选择使用向列相液晶作为介质，构建含光敏剂、湮灭剂和液晶的多体系统。使用液晶作为介质可以有效隔绝氧气，防止分子氧淬灭三重激发态，同时能够允许上转换材料的自由移动，不似在晶体中发生的分子聚集现象导致ttet能量传递效率减弱，而影响tta效率。

2. 研究内容和预期目标

以向列相液晶为介质，构筑光敏剂/湮灭剂@液晶的多体系统，对材料的液晶行为和光学性能进行表征，并探索多体系统在电、热等外界刺激下的响应行为。本论文探索并确定含给体/受体、主体/客体的多体系统中的正确搭配，利用各组分的协同作用优化tta上转换发光性能。具体研究内容包括：

（1）以ptoep为光敏剂、dpa为湮灭剂、5cb为向列相液晶，通过物理掺杂、溶剂混合、真空干燥等方式获的均匀的多体系统；

（2）调整多体系统中ptoep和dpa的比例，测试液晶行为和光学性能，与溶剂体系进行对比；

3. 研究的方法与步骤

（1）将dpa、ptoep以不同比例和thf混合，制得tta溶液体系。

（2）将5cb、tta溶液混合，得到初步的混合物。

（3）将混合物加热挥发thf，但混合物中仍存在少量的thf。

4. 参考文献

1. brjesson, k.; rudquist, p.; gray, v.; moth-poulsen, k., photon upconversion with directed emission. nature communications 2016,7, 12689-12689.

2. yanai, n.; kimizuka, n., stimuli-responsive molecular photon upconversion. angewandte chemie international edition 2020,59(26), 10252-10264.

3. 陈硕然; 陈富铭; 叶常青; 韩鹏举; 王筱梅; 宋延林, 9-蒽甲酸_卟啉钯衍生物的ph响应上转换性能. 精细化工2019,36(9).

5. 计划与进度安排

(1) 第1周~第4周，查阅资料，制定实验方案与计划，准备开题报告；外文论文翻译，论文前言部分的撰写；

(2) 第5周~第8周，构筑光敏剂/湮灭剂@液晶多体系统；对多体系统进行pom、dsc、荧光的测试；探索多体系统组成与光学性能的关系；

(3) 第9周~第12周，测试多体系统在电、热等外界刺激下光学性能的变化规律；