碳硼烷是一个正二十面体的硼簇化合物,它具有三维离域电子并拥有独特的性质,例如高度极化的芳香性、高温和化学稳定性以及特殊的光物理和电子性质,这些性质使它在生物医学、材料学等领域有很大的应用可能。在材料学领域中,碳硼烷可以应用于发光化合物的构筑。在过去的十年中,世界上有几个研究小组为了调节有机π共轭体系的电子、光学和/或光物理特性将有机π共轭体系和碳硼烷相结合。我们课题组之前也做了类似的工作,比如将有机小分子蒽与碳硼烷相结合。在寻找可能的共轭体系的过程中,我们选择了与有机光电材料相关的化合物。事实上,近几年,在固体状态下显示荧光增强的化合物引起了人们极大的兴趣,这样的化合物在生物探针和光电领域有很大的应用前景。2001年,唐本忠研究团队发现了一种与聚集导致发光猝灭(aggregation-caused quenching,ACQ)截然相反的现象:硅杂环戊二烯在溶液中是不发光的,但在聚集态下发光大大提高,这种现象被称为聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)。这个发现引起了世界上众多科学家的研究兴趣,使得AIE材料获得了长足的发展。四苯乙烯(tetraphenylethylene,TPE)是一种典型的AIE诱导发光体,已经在生物、化学传感和光电系统中得到了广泛的研究和应用。本文将TPE引入碳硼烷体系,合成了一系列具有AIE性质的功能材料,同时也研究了他们的发光性能。具体细节如下:(1)本文首次合成了碳硼烷功能化的TPE衍生物,把TPE作为模板化合物与其进行性能对比。实验数据表明,引入刚性、笨重的碳硼烷分子笼后的TPE衍生物,固态绝对荧光量子产率(QY)得到了提高。改变碳硼烷中另一 C端(2-R)取代基(-H、-CH3、-C6H5),相应的TPE衍生物的固态绝对荧光量子产率得到了调控,可从18%提高至63%;发光颜色也显示了从蓝色到黄色的明显转变,与TPE相比有115 nm的红移。此外,我们运用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)进行了理论计算。(2)合成了一种新的TPE-brige-TPE三合体,碳硼烷中的两个碳原子分别连接一个TPE发光团单元。我们对该分子进行了波谱表征,X-射线单晶衍射确定了该化合物的单晶结构,同时也对其轨道性质进行了理论计算。实验结果表明,TPE-brige-TPE 三合体中,碳硼烷可以视为一个三维的桥联基团,三合体同样具有聚集诱导发光特性;当TPE-brige-TPE三合体中桥联基团类型从直线型的乙炔改变到平面型的苯环再改变到三维立体的碳硼烷时,化合物固态绝对荧光量子产率逐步提高,可从12%提高到21%再提高到55%,同时伴随发光颜色从蓝色到黄色的转变。