碳量子点与酞菁特定复合物的可控合成及其光吸收与转化性质的研究

碳量子点具有独特的单光子和双光子吸收性质，并可作为电子给体或受体发生光致电子转移；而酞菁是一种结构易于裁剪和调控，并具有非线性反饱和吸收和作为电子给体产生光致电子转移的有机半导体材料。本课题拟通过对碳量子点与酞菁复合结构的设计，实现集两者材料光学性能优点于一身，获得一种具有优异的非线性光学性质和高效光致电子转移的有机无机复合功能材料。.首先对碳量子点尺寸、表面功能基团和酞菁及其配合物轴向配位、环周取代进行设计，然后通过控制实验条件制备出特定的碳量子点与酞菁复合结构。以获得的各种复合结构为研究对象，对光学和非线性光学吸收以及光致电子转移等光学性质进行系统地分析；建立碳量子点与酞菁复合结构的光吸收和光致电子转移模型，揭示特定复合结构与光学性质之间的关系。最终经过对比和筛选获得一种具有高效非线性光学吸收和光致电子转移的复合结构，从而为光电和非线性光学领域提供一种可应用的新材料。

碳量子点具有独特的单光子和双光子吸收性质，并可作为电子给体或受体发生光致电子转移；而酞菁是一种结构易于裁剪和调控，并具有非线性反饱和吸收和作为电子给体产生光致电子转移的有机半导体材料。本项目拟通过对碳量子点与酞菁复合结构的设计，实现集两者材料光学性能优点于一身，获得一种具有优异的非线性光学性质和高效光致电子转移的有机无机复合功能材料。首先，采用不同方法制备出了不同结构、尺寸和表面态的碳量子点，构建了它们与碳量子点光学性能的关系。然后，用所得碳量子点与不同类型酞菁进行了复合研究，表征并分析了复合结构的结合方式及其对光生电荷转移的关系。最后，系统分析了影响碳量子点与酞菁复合结构光学、非线性光学性能的因素，给出了关键影响因素及调控的方向和手段。主要的创新成果1）提出了碳量子点及其复合结构形成带隙的新认识；2）实现了碳量子点尺寸的可控合成并明确了尺寸与性能的依赖关系；3）通过设计并合成了不同成分与表面态的碳量子点，发现了表面态是影响光生电荷行为的关键，是调节能量转化的有效手段；4）发展了碳量子点与酞菁复合的有效方法，发现了影响其复合结构的关键因素；5）明确出碳量子点与酞菁复合结构性能依赖于复合界面；6）给出了碳量子点增强光限幅效应的机制；7）实现了碳量子点及其复合结构的组装。因此，该项目的研究不仅推进了对碳量子点的新认识和新应用，还为其它纳米复合结构或杂化材料的设计提供了有意义的参考。本项目共发表SCI收录学术论文20篇，其中影响因子超过3的论文15篇。申请发明专利7项，已授权6项。已毕业5名硕士生和1名博士生，在培养7名研究生。获山西省高等学校科学技术成果奖自然科学类一等奖和山西省科学技术成果二等奖等。