對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線及其製備方法和應用的製作方法
2023-04-25 18:20:06
對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及對有機胺類氣體具有超靈敏螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線及其製備方法和應用。本發明將兩端具有不對稱兩親性取代基的含有苝酐的苝醯亞胺衍生物作為構築單元，然後在良溶劑與不良溶劑的混合液中，通過多個兩端具有不對稱兩親性取代基的含有苝酐的苝醯亞胺衍生物所含苝酐之間的π-π相互作用，自組裝得到所述一維有機半導體螺旋納米線。由於所述一維有機半導體螺旋納米線具有納米級螺旋結構以及良好的螢光量子產率(高達25％)兩個顯著的優點，非常適合空氣中有機胺類的螢光檢測。由所述一維有機半導體螺旋納米線編織形成的網狀結構的多孔膜，在與微量的有機胺類蒸汽(濃度為ppb～ppm級別)接觸時，其螢光會發生猝滅。
【專利說明】對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線及其製備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於有機半導體納米材料，特別涉及對有機胺類氣體具有超靈敏螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線及其製備方法，以及該一維有機半導體螺旋納米線的應用。
【背景技術】
[0002]有機半導體納米材料具有許多無機納米材料不具備的優點，比如有機半導體納米材料的結構可調控、可利用靈活的合成方法製備得到，材料的製造成本低，易於大面積加工，以及有機半導體納米材料可以應用到柔性基底上等等。因此，儘管有機半導體納米材料相對於無機納米材料起步較晚，但近年來發展迅速。其中，由η共軛的有機分子作為構築單元製備的一維有機半導體納米材料，可以作為有效的螢光或者電導傳感器材料，實現對有毒有害物的高靈敏度、高選擇性的檢測。該類材料檢測原理如下:
[0003]由π堆積形成的一維有機半導體納米線作為螢光傳感器，由於分子構築單元之間的π-π堆積方式形成的一維有機半導體納米材料比共軛高分子膜能顯著增大激子遷移的距離，由所述的一維有機半導體納米線構成的具有多孔性和大比表面積的膜，能夠實現高靈敏度地檢測目標分子。
[0004]提高一維有機半導體納米線作為螢光傳感器的靈敏度包含以下三個方面:提高一維有機半導體納米線的螢光量子產率；構建大比表面積的一維有機半導體納米線膜；在一維有機半導體納米線上構建納米級多孔結構促進被檢測的胺類氣體在納米線內部更好的接觸與擴散。然而，如何製造一種一維有機半導體螢光傳感器同時滿足以上三種要求，從而提高對於空氣中的有機胺類蒸汽的靈敏度是一個難以克服的難題，特別是這種η型半導體相比P型半導體本身就存在種類少的特點。
[0005]利用不同端基取代的茈醯亞胺衍生物，及利用自組裝方法構建的η型一維有機半導體納米線是螢光傳感器的一種很好材料，現有的由不同端基取代的茈醯亞胺衍生物組裝而成的一維有機半導體納米線的形貌包括納米線，納米帶以及納米球。但這些用於螢光傳感器的一維有機半導體納米線的表面缺乏納米級的多孔結構，不利於被檢測的胺類蒸汽在納米線表面的吸附與擴散。另外，現有的基於不同端基取代的茈醯亞胺衍生物構築而成的一維有機納米線均存在螢光量子產率低的特點(利用茈醯亞胺作為中心的凝膠一定程度上克服了這一特點)。根據本案 申請人:之前的實驗證明，由兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物，通過所含茈酐之間相互作用組裝成的雙層結構的一維有機半導體納米線有著很高的螢光量子效率。因此結合這個特點，在端位取代基增大位阻效應，可以在一定程度上調整茈酐之間的J1-Ji相互作用，從而獲得期望形貌的一維有機半導體納米線，結合較高的螢光量子產率製備出優秀的螢光傳感器材料。
【發明內容】
[0006]本發明的目的之一是提供對有機胺類氣體具有超靈敏螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線。
[0007]本發明的目的之二是提供對有機胺類氣體具有超靈敏螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線的製備方法。
[0008]本發明的目的之三是提供是提供對有機胺類氣體具有超靈敏螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線的應用。
[0009]本發明的核心目的是製備出一種對有機胺類氣體具有超靈敏突光響應的一維有機半導體螺旋納米線。通過設計合成出用於組裝一維有機半導體螺旋納米線的兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物單體結構，使兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物單體利用有機溶劑溶解度的差異進行自組裝，從而獲得本發明的對有機胺類氣體具有超靈敏螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線，該一維有機半導體螺旋納米線(長度約為20微米，寬度約為20納米)具有高達25%的高螢光量子產率；因此，這種具有高螢光量子產率的一維有機半導體螺旋納米線可以作為極好的螢光傳感器材料；並且，由於本發明的對有機胺類氣體具有超靈敏螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線具有納米級別的獨特螺旋結構所導致的比表面積大，表面孔隙多等特徵，有利於被檢測胺類蒸汽在螺旋納米線表面的吸附擴散，由此大大提高了檢出極限。因此，本發明的對有機胺類氣體具有超靈敏螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線可以作為很好的螢光傳感器。
[0010]本發明的對有機胺類氣體具有超靈敏螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線，是由多個兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物，通過所述的茈酐之間的J1-JI相互作用自組裝得到的。
[0011]所述的兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物具有以下結構:
[0012]
【權利要求】
1.一種對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線，其特徵是:所述的一維有機半導體螺旋納米線是由多個兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物，通過所述的茈酐之間的相互作用自組裝得到的； 所述的兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物具有以下結構:
其中:R是R1, R2, R3中的一種；
所述的茈酐具有以下結構:
2.根據權利要求1所述的對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線，其特徵是:所述的R1, R2, R3是代表三類兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物，R1代表苯環上不同位點取代的苯基直接連接茈醯亞胺主幹的氮原子上的一類衍生物；R2代表苯環上不同位點取代的苯基通過一個亞甲基連接茈醯亞胺主幹的氮原子上的一類衍生物；R3代表苯環上不同位點取代的苯基通過一個乙基連接茈醯亞胺主幹的氮原子上的一類衍生物；下標的I~7分別指代甲氧基在苯基上的不同取代位置，I代表苯環上2，4位二甲氧基取代，2代表苯環上3，4位二甲氧基取代，3代表苯環上3，5位二甲氧基取代，4代表苯環上2位甲氧基取代，5代表苯環上3位甲氧基取代，6代表苯環上4位甲氧基取代，7代表苯環上2，3位二甲氧基取代；所有分子另一端的取代基均是非極性十二烷基鏈。
3.根據權利要求1所述的對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線，其特徵是:所述的一維有機半導體螺旋納米線的螢光量子產率高達25%，該螢光量子產率是對長度為20微米，寬度為20納米的一維有機半導體螺旋納米線進行螢光量子產率的測量。
4.一種權利要求1~3任一項所述的對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線的製備方法，其特徵是:所述的製備方法包括以下步驟: (1)將50~100毫克的茈-3，4，9，10-四羧酸二酐及8~10克的咪唑混合併加熱至110~130°c溶解後向混合液中緩慢注入相對於花-3，4，9，10-四羧酸二酐摩爾量過量的十二烷基胺溶液進行反應得到反應液，然後向反應液中加入8~15毫升的乙醇及8~15毫升的濃鹽酸後攪拌過夜；取出產物，用水衝洗至PH為中性，烘乾； (2)取步驟(1)烘乾後得到的產物50~100毫克，向其中加入8~10克的咪唑及200~300微升的2，4- 二甲氧基苯胺、3，4- 二甲氧基苯胺、3，5- 二甲氧基苯胺、2-甲氧基苯胺、3-甲氧基苯胺、4-甲氧基苯胺、2，3- 二甲氧基苯胺、4- 二甲氧基苄胺、3，4- 二甲氧基節胺、3，5- 二甲氧基節胺、2-甲氧基節胺、3-甲氧基節胺、4-甲氧基節胺、2，3- 二甲氧基節胺、2，4- 二甲氧基苯乙胺、3，4- 二甲氧基苯乙胺、3，5- 二甲氧基苯乙胺、2-甲氧基苯乙胺、3-甲氧基苯乙胺、4-甲氧基苯乙胺或者2，3- 二甲氧基苯乙胺，在溫度為110~140°C下進行反應得到反應液，然後向得到的反應液中加入8~15毫升的濃鹽酸後攪拌過夜，取出產物，得到兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物； (3)將步驟(2)得到的兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物溶解在良溶劑中後加入不良溶劑，靜置，由多個兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物，通過所述的茈酐之間的相互作用自組裝得到含有多根對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線的懸浮液。
5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵是:將所述的含有多根對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線的懸浮液靜置後，取出容器底部製備好的對有機胺類氣體具有螢光響應 的一維有機半導體螺旋納米線，置於不良溶劑中搖勻分散並反覆洗滌，得到多根對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線。
6.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵是:所述的兩端具有不對稱兩親性取代基的含有茈酐的茈醯亞胺衍生物溶解在良溶劑中後加入不良溶劑，其中良溶劑與不良溶劑的體積比為1:5~20。
7.根據權利要求4、5或6所述的製備方法，其特徵是:所述的良溶劑是二氯甲烷、氯仿、鄰二氯苯或1，2- 二氯乙烷； 所述的不良溶劑是甲醇、乙醇、環己烷、異丙醇或苯乙醇。
8.—種權利要求1~3任一項所述的對有機胺類氣體具有螢光響應的一維有機半導體螺旋納米線的應用，其特徵是:由所述的一維有機半導體螺旋納米線編織形成的網狀結構的多孔膜，用於檢測有機胺蒸汽。
9.根據權利要求8所述的應用，其特徵是:所述的多孔膜在與有機胺蒸汽接觸時，其螢光會發生粹滅，由此對有機胺存在的檢測；所述的有機胺蒸汽的濃度為ppb~ppm級別。
10.根據權利要求8或9所述的應用，其特徵是:所述的有機胺選自苯乙胺、苯胺、二丁胺、三乙胺和辛胺中的一種。
【文檔編號】C07D471/06GK104130257SQ201410319241
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月7日 優先權日:2014年7月7日
【發明者】車延科, 張一帆, 鄂月, 馬小傑, 籍宏偉, 趙進才 申請人:中國科學院化學研究所