[发明专利]固态红-转-黄上转换共聚物体系及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种固态红‑转‑黄上转换共聚物体系及其制备方法与应用，以α‑甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）和3‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷（TMSPMA）为单体，在偶氮异丁腈引发下，通过原位聚合均匀包覆一定配比的敏化剂（三明治型钯酞菁）与发光剂（罗丹明系列化合物），获得固态红‑转‑黄上转换硅共聚物；不但解决了溶液态需要除氧的问题，更重要的是解决了目前固态聚合物上转换效率低的瓶颈问题。在655nm半导体激光器激发下（激光功率密度1W×cm^‑2），本发明获得的固态共聚物的上转换效率（F_UC）高达12.75%；且在空气氛中，该固体上转换效率值可保持在4天以上近乎不衰减；在太阳能利用领域中具有应用价值。

本发明属于三线态湮灭上转换领域，具体涉及一种固态红-转-黄上转换共聚物体系及其制备方法与应用。

背景技术

基于三线态-三线态湮灭上转换（TTA-UC）材料通常由敏化剂与发光剂溶解于有机溶剂构成双组分体系，其机理为：（1）低能量激发光的照射，敏化剂吸收了激发光的能量由其基态(S₀) 跃迁至单线态的激发态（¹S*），之后通过系间窜越过程（ISC）跃迁至三线态的激发态（³S*）；（2）敏化剂经过三线态-三线态能量转移（TTT）机制，将其三线态激发态的能量（³S*）转移给发光剂（³A*）；（3）当三线激发态的受体分子浓度达到一定程度时，两个处于三线态（³A*）的发光剂分子相互碰撞发生三线态-三线态湮灭（triplet-tripletannihilation，TTA)，在一定的几率上得到一个处于单线态的发光剂分子（¹A*）以及一个基态的发光剂分子（A₀）；此时，单线态的发光剂分子由于辐射衰减而发出短波长的上转换光。

目前，溶液态的TTA-UC材料在激发光辐照下，可获得较高的上转换量子效率，如绿光-转-蓝光的上转换效率最高可达（36 %）、红光-转-黄光的上转换效率最高可达6-7%；显示出在光伏、光催化和光降解等方面潜在的应用价值。然而，由于空气中的氧气能猝灭敏化剂和发光剂的三重态，要获得TTA-上转换则必须在无氧状态中进行，这使得上转换在实际应用中受到严重的限制。由此促进了固态上转换材料制备技术的研究成为热点课题。2008年Tanya N. Singh-Rachford和Felix N. Castellano报道了将敏化剂PdPc(OBu)₈与受体rubrene负载在薄片上，制备的红光-转-黄光固态上转换材料，虽可有效屏蔽空气中的氧气对三线态的猝灭，然而获得的固态聚合物上转换效率很低。（参见：(1) G. Chen，J. Seo，C.Yang， P. N. Prasad，Chem. Soc. Rev.,2013，42：8304-8338；(2) Bao Wang, Bin Sun,Xiaomei Wang et al,J. Phys. Chem. C,2014, 118, 1417-1425; (3)Tanya N. Singh-Rachford, Felix N. Castellano, Coordination Chemistry Reviews., 2010, 254,2560-2573；(4) Yuen Yap Cheng, Burkhard Fuckel, Tony Khoury, Raphael G. C. R.Clady, Murad J. Y. Tayebjee, N. J. Ekins-Daukes, Maxwell J. Crossley, andTimothy W. Schmidt，J. Phys. Chem. L，2010, 1, 1795-1799;（5）Tanya N. Singh-Rachford, Felix N. Castellano, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 3550-3556）。