一种基于芘和1,2,4,5-四氰基苯的具有对称空腔的有机共晶及其制备方法和应用

本发明属于材料化学，具体地说，涉及一种基于芘和1,2,4,5-四氰基苯的具有对称空腔的有机共晶材料，以及制备方法和应用。

背景技术：

1、有机分子晶体因其独特的化学结构、高度有序的分子排列以及优良的光学性能引起了广泛的研究兴趣。共晶是由两种或两种以上的有机分子通过分子间非共价作用力相互识别和共组装形成的具有固定化学计量比和有序堆积结构的多组分分子晶体。不同于单组分材料，共晶不仅可以保持单组分分子的某些性能，还可能表现出有机材料中罕见的新颖性能，因此有机共晶工程近年来成为一种被广泛报道的功能性材料构筑策略。

2、除了分子和晶体的结构等固有因素外，尺寸和形貌往往也会深刻地影响晶体的物理化学性质。传统的晶体生长方法，例如机械研磨法、溶剂蒸发法和升华法，因其难以调控晶体生长过程中分子间非共价相互作用，往往难以精准调控分子晶体的尺寸和形貌。共晶自组装为构建具有特定形态和结构的提供了一种简单策略，bardeen和al-kaysi等人利用这一策略制备了多种具有不同形貌的有机共晶(photomechanically induced magneticfield response by controlling molecular orientation in 9-methylanthracene microcrystals.angew.chem.int.ed.2018,57,7080–7084.)。目前在晶体尺寸和形貌控制上仍然面临着诸多挑战，制备兼具独特形貌和优良性能的有机共晶材料成为现阶段的一大挑战。

3、有机荧光材料具有发射波长可调性好、溶解度好、能效高、加工性能高和易于回收利用等优势。有机共晶材料的发射波长和强度不仅取决于其组成部分自身固有的荧光性质，还受到分子间非共价相互作用的影响，因此这类材料的发光性质不仅可以通过改变其组分的化学结构来调控，也可以通过调控分子间相互作用来调控。总而言之，荧光有机共晶是一类具有良好应用前景的有机荧光材料。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于芘和1,2,4,5-四氰基苯的具有对称空腔的有机共晶及其制备方法和应用。

2、本发明通过如下技术方案实现：

3、一种基于芘和1,2,4,5-四氰基苯的具有对称空腔的有机共晶，其特征在于，所述的有机共晶的结构式如下图所示：

4、

5、本发明还提供上述有机共晶的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

6、第一步，在室温和磁力搅拌下将有机共晶组分芘和有机共晶组分1,2,4,5-四氰基苯tcnb分别溶解于相同的有机溶剂中，并超声2分钟得到澄清透明的溶液，即为芘和tcnb的有机溶液；

7、所述芘和tcnb的有机溶液的摩尔浓度为0.2m～0.3m，芘和tcnb的摩尔浓度相同，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺；

8、第二步，在室温和磁力搅拌下将表面活性剂溶解于去离子水中，超声10分钟，得到无色澄清透明的表面活性剂水溶液，制备完成后，将其置于恒温箱中备用；

9、所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠sds、硫代甜菜碱12(bs12)，所述表面活性剂水溶液摩尔浓度为0.02～0.04m；

10、第三步，在水浴和磁力搅拌下，将芘和tcnb的有机溶液等体积分别注入表面活性剂水溶液中，并持续搅拌，待液体澄清后将两者混合，得到分散均匀的悬浊液，即有机共晶生长母液；

11、第四步，将有机共晶生长母液置于恒温箱中静置数小时，有机共晶在生长过程中会自然沉降，即可得到所述具有对称空腔微结构的荧光有机共晶材料。

12、所述第三步中，水浴温度为47℃，磁力搅拌转速为800-1000rpm；

13、所述第四步中，恒温箱温度为47℃，静置时间为3～5小时。

14、机共晶组分芘的结构如式ⅰ所示：

15、

16、有机共晶组分tcnb的结构如式ⅱ所示：

17、

18、表面活性剂为十二烷基硫酸钠(sds)、硫代甜菜碱12(bs12)，其结构式如式iii所示：

19、

20、本发明还提供了一种所述的具有对称空腔微结构的荧光有机共晶材料在微米尺度染料包裹上的应用。利用有机共晶在生长过程中形成的对称空腔，将水溶性染料加入共晶的生长环境中，在有机共晶的生长过程中实现对染料的包裹。

21、一种基于芘和1,2,4,5-四氰基苯的具有对称空腔的有机共晶在微米尺度染料包裹上的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：

22、第一步，在室温和磁力搅拌下将有机共晶组分芘和有机共晶组分1,2,4,5-四氰基苯tcnb分别溶解于相同的有机溶剂中，并且超声2分钟得到澄清透明的溶液，即为芘和tcnb的有机溶液；

23、所述芘和tcnb的有机溶液的摩尔浓度为0.2m～0.3m，芘和tcnb的摩尔浓度相同，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺；

24、第二步，在室温和磁力搅拌下将表面活性剂溶解于去离子水中，超声10分钟，得到无色澄清透明的表面活性剂水溶液，表面活性剂水溶液摩尔浓度为0.02～0.04m，将荧光染料的水溶液加入表面活性剂水溶液，得到含有荧光染料的表面活性剂水溶液；

25、所述表面活性剂为sds和bs12，所述荧光染料水溶液的质量浓度为10mg·ml-1,所述荧光染料水溶液加入量为10μl·ml-1；

26、第三步，在水浴和磁力搅拌下，将芘和tcnb的有机溶液等体积分别注入含染料的表面活性剂水溶液中，持续搅拌，待液体澄清后，将两者混合，得到分散均匀的悬浊液，即含染料的有机共晶生长母液；所述水浴温度为47℃，磁力搅拌转速为800-1000rpm；

27、第四步，将含染料的有机共晶生长母液置于恒温箱中47℃静置3～5小时，有机共晶在生长过程中自然沉降，即可得到完成染料包裹的具有对称空腔的荧光有机共晶材料。

28、由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：

29、本发明所用原料对来源广泛，价廉易得，具有工业可行性；制备条件温和，操作简单，过程安全，反应产率高，后处理简便，不产生对环境有害的废水废渣，符合绿色化学要求。

30、本发明制备的具有对称空腔结构微米荧光有机共晶，由分子间电荷转移相互作用和π-π堆积相互作用驱动，不需要额外添加助结晶剂来诱导晶体的生长，共晶的化学性质稳定，具有良好的光热稳定性。

31、本发明所制备的材料具有微米级别的尺寸和独特的形貌结构，同时具有强烈的荧光，并且可以完成微米尺寸的染料包裹，使得其在光学以及药物储存领域有着良好的应用前景。

技术特征：

1.一种基于芘和1,2,4,5-四氰基苯的具有对称空腔的有机共晶，其特征在于，其结构式如下图所示：

2.一种基于芘和1,2,4,5-四氰基苯的具有对称空腔的有机共晶的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第三步中，水浴温度为47℃，磁力搅拌转速为800-1000rpm；所述第四步中，恒温箱温度为47℃，静置时间为3～5小时。

4.如权利要求1所述的有机共晶在微米尺度染料包裹上的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于芘和1,2,4,5‑四氰基苯的微米共晶及制备方法：将电子给体和电子受体分别表面活性剂水溶液后充分搅拌并混合，混合得到悬浊液置于恒温箱中生长数小时后，即可得到所述具有对称空腔微结构的荧光有机共晶。本发明还提供了一种所述具有对称空腔的有机共晶在在微米尺度染料包裹上的应用。本发明制备的有机共晶在分子间电荷转移相互作用和分子间电荷转移相互作用和π‑π堆积相互作用的驱动下进行自组装，不需要额外添加助结晶剂来诱导晶体的生长。在470nm波长的可见光激发下在常温下强荧光发射；具有微米级别的尺寸、独特的形貌结构和较高的热稳定性。本发明的制备方法简便，过程安全可靠。技术研发人员：李昱昊,童非,曲大辉受保护的技术使用者：华东理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16