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过渡金属炔配合物由于在磷光传感器、有机电致发光器件(OLED)以及非线性光学等领域的潜在应用而受到广泛关注。过渡金属中的第10和第11族金属离子通常具d8和d10有电子构型,这些金属离子形成的金属簇合物的一个显著特点就是易于形成金属-金属相互作用。d8和d10电子构型的金属离子间的相互作用以及与炔配体的多种配位方式使其容易形成高核的金属簇合物,具有丰富的拓扑结构及多种类型的电荷跃迁,包括配体内跃迁(IL),金属簇中心的电子跃迁(MC),配体→金属间电荷跃迁(LMCT),金属→配体间电荷转移(MLCT),金属-金属配体间电荷转移(MMLCT),配体→配体间电荷转移(LLCT)跃迁等。本论文通过自组装和定向合成的方法合成了一系列结构新颖的d10-d10和d8-d10金属炔团簇配合物。目标产物采用柱色谱和重结晶的办法进行分离和提纯。运用元素分析、X-射线单晶衍射、电喷雾质谱、核磁共振氢谱和磷谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱以及红外光谱等手段对这些化合物进行了表征。系统地研究了这些配合物的光物理和光化学性能,总结了结构与发光性能的关系,并合理地归属了发光激发态及其形成机理。1.AgⅠ-CuⅠ异核金属炔簇合物
将二当量的dpepp(双(2-二苯膦基乙基)苯基膦)与三倍当量的[Cu(MeCN)4](ClO4)在二氯甲烷中反应并解聚(AgC≡CC6H4But-4)n可分离得到AgⅠ-CuⅠ异金属炔簇合物[Ag16Cu9(μ-dpepp)3(C≡CC6H4But-4)20](ClO4)5(1),ICP分析表明该簇合物中金属Ag和Cu比例为1.81,与计算值1.78相近。
该Ag16Cu9簇合物由三个柔性的三膦配体结合在一起,每一个磷原子跟一个Cu1配位,分别形成六元环和八元环。炔配体存在五种配位方式:μ-η1,μ-η1(σ)∶η2(π),μ3-η1,μ3-η1(σ)∶η1(σ)∶η2(π),和η1-μ4。AgⅠ和CuⅠ通过炔配体以μ(Ag,Cu)-η1(σ),η2(π),μ3(Ag,Ag,Cu)-η1(σ)和μ3(Ag,Cu,Cu)-η1(σ),η1(σ),η2(π)的方式连接在一起。
配合物1在室温固态和溶液或者77K的低温玻璃态下都有发光,发光寿命为微秒级,这与化合物内部自旋-禁阻跃迁三重激发态本质有关。配合物1的发光可能是金属簇中心(d→s)电子跃迁引起的,同时可能有部分3LMCT3[C≡CC6H4Bu-4→Ag16Cu9]电荷转移跃迁。配合物1在溶液中的发光波长在650-860nm之间,与Ag4Cu2,Ag6Cu2和Ag8Cu2异金属簇合物在溶液中的发光波长450-600nm相比有较大的红移,这主要是由于高核的配合物1具有较多的金属金属相互作用。
配合物1的固体发射峰在675nm,伴随著812nm处有一个肩峰并一直延伸至1300nm处,发光寿命分别为0.43μs和0.40μs。在77K低温下相应的发射峰红移至678nm和860nm,发光寿命为67.1μs和23.6μs。对配合物1的晶体粉末进行研磨时发现原来812nm处的肩峰消失,675nm处的发射峰红移至693nm,相应的77K时的860nm处发射峰消失,678nm处的发射峰红移到720nm,表现出机械发光变色效应。这种变色效应主要是由于机械研磨导致晶体晶格的破坏并改变了金属金属间的距离。
2.PtⅡ-MⅠ(M=Cu,Ag)异核金属炔簇合物
为了开展d8-d10异金属炔配合物结构及光物理性能的研究,利用2,6-双二苯基膦吡啶(Ph2P)2py通过自组装和定向合成的方法合成了一系列异三核炔配合物Pt2M(M=Ag,Cu)和具有同分异构体的异四核Pt2Ag2炔配合物。
cis-[Pt2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H4But-4)4](2)
cis-[Pt2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H5)4](3)
cis-[Pt2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H4CF3-4)4](4)
cis-[Pt2{μ-(Ph2P)2py}2{C≡CC6H2(OMe)3-3,4,5}4](5)
trans-[Pt2Ag{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H4But-4)4](SbF6)(6)
trans-[Pt2Ag{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H5)4](SbF6)(7)
trans-[Pt2Ag{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H4CF3-4)4](SbF6)(8)
trans-[Pt2Cu{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H4But-4)4](ClO4)(9)
trans-[Pt2Cu{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H5)4](ClO4)(10)
trans-[Pt2Cu{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H4CF3-4)4](ClO4)(11)
cis-[Pt2Ag2{μ-(Ph2P)2py}2{C≡CC6H2(OMe)3-3,4,5}4](SO3CF3)2(12)
cis-[Pt2Ag2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H4But-4)4](SO3CF3)2(13)
cis-[Pt2Ag2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H5)4](SO3CF3)2(14)
cis-[Pt2Ag2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H4CF3-4)4](SO3CF3)2(15)
trans-[Pt2Ag2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H2(OMe)3-3,4,5)4](SO3CF3)2(16)
trans-[Pt2Ag2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H4But-4)4](SO3CF3)2(17)
trans-[Pt2Ag2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H5)4](SO3CF3)2(18)
trans-[Pt2Ag2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H4CF3-4)4](SO3CF3)2(19)
trans-[Pt2Ag2{μ-(Ph2P)2py}2(C≡CC6H3(CF3)2-2,4}4](SO3CF3)2(20)
配合物6-20的固体在常温和77K低温下都有强烈发光,反式构型的异四核Pt2Ag2炔配合物在常温溶液中也具有较强的发光。配合物的发光效率跟分子构型及配位金属有关,量子产率高低顺序为trans-Pt2Ag2>cis-Pt2Ag2>Pt2Ag>Pt2Cu。配合物6-20在室温固态和溶液中的发光寿命均为微秒级,表明是自旋-禁阻的三重态跃迁。具有相同取代基炔配体的三核Pt2Ag以及四核Pt2Ag2同分异构体的溶液发射波长相近,说明分子构型对发射能量影响不大,但随着炔配体上取代基供电子能力的增强,发射波长红移,说明配合物的发射主要来源于3LLCT3[RC≡C→(Ph2P)2py]的电荷转移和金属簇中心3[d→p]三重激发态跃迁。