BODIPY（硼-二吡咯亚甲基）染料凭借其高摩尔消光系数、尖锐且对称的荧光发射峰、良好的光稳定性以及易于化学修饰等特性，在荧光传感、生物成像、光催化和有机发光二极管等领域备受关注。金属离子与 BODIPY 染料之间的配位作用为调控其光学性能提供了一种独特而有效的手段。通过合理选择金属离子和设计 BODIPY 染料的配位位点，能够实现对其吸收光谱、发射光谱、荧光量子产率和光稳定性等关键光学参数的调控，从而拓展 BODIPY 染料在更多领域的应用。

图：bodipy 499/510nm的荧光染料

（一）吸收光谱的变化

1. 电荷转移跃迁：金属离子与 BODIPY 染料配位后，会导致分子内电荷分布的改变，从而引发新的电荷转移跃迁过程。这种电荷转移跃迁通常会在吸收光谱上产生新的吸收带，或者使原有的吸收带发生位移和强度变化。例如，当具有空 d 轨道的金属离子与 BODIPY 染料配位时，BODIPY 染料分子的 π 电子云可以向金属离子的空轨道转移，形成金属-配体电荷转移（MLCT）跃迁，使得吸收光谱发生红移。

2. 共轭结构的改变：配位作用可能会影响 BODIPY 染料的分子构型，进而改变其共轭结构。如果配位导致 BODIPY 染料的共轭体系延长或缩短，会直接影响其 π-π* 跃迁能级，从而使吸收光谱发生相应的变化。例如，某些金属离子的配位会促使 BODIPY 染料分子发生平面化或扭曲，改变分子内的电子离域程度，导致吸收光谱的吸收峰位置和强度发生改变。  

（二）发射光谱的调控

1. 荧光增强与猝灭：金属离子的配位对 BODIPY 染料的荧光发射强度有着明显影响。在一些情况下，金属离子的配位可以增强 BODIPY 染料的荧光发射。这可能是由于配位作用抑制了 BODIPY 染料分子内的非辐射跃迁途径，或者通过能量转移过程使激发态的能量更有效地以荧光形式释放。相反，某些金属离子（如具有顺磁性的过渡金属离子）的配位会促进非辐射跃迁过程，导致荧光猝灭。例如，铜离子与 BODIPY 染料配位后，通过自旋-轨道耦合作用，增加了系间窜越的概率，使激发态分子更容易通过非辐射途径回到基态，从而降低了荧光强度。

2. 发射波长的移动：金属离子配位引起的 BODIPY 染料分子结构和电子云分布的变化，也会导致发射波长的移动。如果配位作用使 BODIPY 染料的最低未占分子轨道（LUMO）和最高占据分子轨道（HOMO）之间的能级差发生改变，发射波长就会相应地发生红移或蓝移。例如，当 BODIPY 染料与金属离子配位后形成的配合物中，电子云密度向金属离子偏移，LUMO 能级降低，HOMO-LUMO 能级差减小，发射波长则会发生红移。  

（三）光稳定性的改善

1. 抑制光化学反应：金属离子与 BODIPY 染料配位后，可以通过改变分子的电子结构和空间构型，抑制光化学反应的发生，从而提高光稳定性。例如，某些金属离子的配位可以减少 BODIPY 染料分子在光照下的激发态反应活性，降低其与周围环境中的氧气、水等分子发生光氧化、光水解等反应的概率。

2. 能量耗散途径的改变：配位作用还可以改变 BODIPY 染料分子的能量耗散途径。通过与金属离子形成稳定的配合物，激发态的能量可以更有效地通过非辐射途径耗散，避免了因荧光发射过程中能量积累导致的分子结构破坏，从而提高了光稳定性。例如，一些稀土金属离子与 BODIPY 染料配位后，通过稀土离子的多能级结构和能量转移过程，将激发态的能量分散到多个能级上，降低了单个分子的能量负担，增强了光稳定性。