钌(II)/锇(II)/[60]富勒烯多吡啶配合物的合成及性质研究

[60]Fullerene is excellent electron and energy receptor, which can speed up charge separation and extend the lifetime of the charge separated state. This project aims to synthesize a series of Ru(II)/Os(II)/[60]fullerene polypyridyl complexes by introducing [60]fullerene into Ru(II)/Os(II) polypyridyl complexes via alkynyl or aromatic conjugate group. Studying the properties of electron or energy transfer and lifetime of the charge separated state of the complexes. Discussing the impacts of different situation, such as the number and location of fullerene and metal centers on the properties of the complexes. On this basis, understanding the regulatory mechanisms of excited state properties of the complexes by fullerene and summing up the relationship between the properties and structure to screen out the complexes with excellent electron or energy transfer and long-lived charge separated state properties. Solving the bottleneck which obstructs the research and application of the Ru(II)/Os(II) polypyridyl complexes, at the same time, providing the experimental and theoretical basis for the development of novel transition metal complexes with easy synthesizing, low cost, excellent optical and electrical properties.

[60]富勒烯是优良的电子与能量受体，具有加快电荷分离过程、延长电荷分离态寿命的性质。本课题旨在通过炔烃类基团、芳香共轭基团等在钌（II）/锇（II）多吡啶配合物中引入[60]富勒烯，合成出多系列钌（II）/锇（II）/[60]富勒烯多吡啶配合物。研究配合物的能量转移与电子传递、电荷分离态寿命等性质。探讨[60]富勒烯位置、数目以及金属中心数目等不同因素对配合物性质的影响。在此基础上，深入理解[60]富勒烯对配合物激发态性质的调节机理，总结配合物性质与结构之间的关系，筛选出具有优良电子转移及能量传递性质、具有较长电荷分离态寿命的配合物，突破Ru(II)/Os(II)多吡啶配合物研究及应用的一个瓶颈问题，同时也为开发更多合成简单、成本低廉的新型优良过渡金属配合物光电材料提供实验和理论依据。

光致能量转移和电子传递是自然界中最重要的物理化学作用之一，典型的代表是光合作用，光合作用通过一系列的电子和能量转移，成功的将光能转化成了化学能。通过合适的多组分化合物对光致能量转移和电子传递进行研究是一个热门的研究领域。含钌(II)多吡啶单元配合物由于其独特的化学稳定性、丰富的光物理和氧化还原性而成为研究的重点之一。Ru(II)/Os(II)多吡啶配合物的分子内能量转移效率高，因此被研究人员广泛关注。C60是优良的电子与能量受体，具有加快电荷分离过程、延长电荷分离态寿命的性质。本项目从研究目标出发，合成了含有芳香共轭基团的二核Ru(II)/Os(II)/C60多吡啶配合物和含有炔基及C60的单核Ru(II)多吡啶配合物，光物理性质显示在含C60的单核Ru(II)多吡啶配合物中，能量从Ru(II)多吡啶亚结构单元转移到了C60单元；在二核Ru(II)/Os(II)/C60多吡啶配合物中，不仅存在能量从Ru(II)多吡啶亚结构单元转移到C60单元，还同时存在能量从Ru(II)多吡啶亚结构单元转移到Os(II)多吡啶亚结构单元的情况。同时我们根据研究情况的变化，合成了一系列含有异多足联吡啶桥联配体的三核、二核Ru(II)/Os(II)配合物，初步光物理测试显示在该类配合物中存在有效的Ru(II)→Os(II)能量转移。课题组在本项目的支持下，基于分子内能量转移和电子传递机理，还开展了一系列多核Ru(II)多吡啶配合物在阳离子、阴离子、pH发光传感方面的工作。针对项目研究中出现的一些问题，如炔基与溴端基配合物偶联难度大，也进行了分析与总结。这些研究成果均在国际学术刊物上发表。