CN108409723A - 基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料及制备方法，利用经典的重沉淀法制备纳晶，通过调节目标化合物在结晶过程中的过饱和度来实现生长动力学的控制，从而产生了系列尺寸均一，形貌可控的有机纳米晶体，并发现了从二维菱形纳米片到三维长八面体的有机纳米晶形貌转变过程。

Description

基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机纳米材料及其制备方法，尤其是一种基于螺芴氧杂蒽（SFX）双取代咔唑（Cz），即SFX-2,7-DCz分子的有机纳米晶材料及其制备、形貌的调控方法，属于纳米技术领域。

背景技术

有机纳米晶体的生长形态及其尺寸对于工业分离，纯化和储存过程非常重要；此外，它们在开发新型有机半导体技术（如单晶纳米激光器，晶体管阵列，传感器和光电导体）方面均发挥着至关重要的作用。然而，由于弱的超分子相互作用、复杂的动力学生长机理甚至晶体形貌与分子构型间的构效关系并不明确，使得可控合成高度对称的有机多面体微纳单晶成为一个重大的挑战。

不同于通过共价键，离子键或金属-金属键形成的无机纳米晶体，有机微米/纳米结构通常通过弱的超分子相互作用聚集而成。这样的组装过程很容易受到环境因素（例如表面活性剂，溶剂，浓度和温度）的干扰。由于纳米材料的性能在很大程度上受其纳米形貌及分子结构等因素的影响，所以对形貌规则，尺寸可控的有机纳米晶体的合成研究在纳米材料研究领域中引起广泛的关注。目前大多数报道的用于制备有机微米/纳米晶体的分子仅具有用于π-π堆积的一个主要芳香族平面，而利用非平面分子的多个大芳香平面来优化高对称性的多面体自组装报道仍不多见。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料及制备方法，利用经典的重沉淀法制备纳晶，通过调节目标化合物在结晶过程中的的过饱和度来实现生长动力学的控制，从而产生了系列尺寸均一，形貌可控的有机纳米晶体，并发现了从二维菱形纳米片到三维长八面体的有机纳米晶形貌转变过程。

为了达到以上目的，本发明提供了一种基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料，采用重沉淀法将目标化合物制备成形貌规则、尺寸均一的有机纳米结构，其化学结构如下，

进一步的，通过调节所述目标化合物浓度，以转变有机纳米晶形貌，所述有机纳米晶形貌的变化为从二维菱形纳米片到三维梭型八面体纳米结构再到长八面体纳米结构，所述二维菱形纳米片的厚度为95~120纳米，边长为1.5~2.1微米；所述三维梭型八面体纳米结构的厚度为0.3~0.4微米，长度为1.13~1.25微米；所述长八面体纳米结构的长度为1.05~1.21微米。

基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制备非离子表面活性剂水溶液：聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，即P123。

步骤2、将0.1~4 mM的目标化合物完全溶于1 mL四氢呋喃，即THF中，而后迅速将其注入至5mL的前述步骤中制备出的水溶液中，快速搅拌4~8分钟；期间观察容器，肉眼可见白色絮状物出现；

步骤3、将步骤2中所制得的混合溶液在室温下静置，时间为12~15h，待肉眼所见的白色絮状物生长完全，采用12000 r/min 转速离心，并进行超纯水离心洗涤3 ~ 4次以清洗表面活性剂水溶剂，最终制得相应的有机纳米晶材料

进一步的，所述步骤3后，取10 μL的纳米晶体水溶液沉积在硅衬底上，置于40~45℃的加热板上进行溶剂蒸发，待3~4 h后溶剂完全蒸发，通过场发射扫描电子显微镜在5kV的加速电压下测试，观察其纳米形貌。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明采用经典的重沉淀法，通过调节目标化合物在结晶过程中的的过饱和度来实现生长动力学的控制，所制备的有机纳米晶形貌实现了从二维菱形纳米片到长八面体纳米结构的转变，实现了二维到三维有机纳米结构的可控制备。本发明操作简易，成本低廉，这种水溶性的纳米悬浮液是印刷、喷墨打印应用中环境友好的纳米墨水。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明中基于螺芴氧杂蒽（SFX）双取代咔唑（Cz）的多种有机纳米结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本实施例提供了一种基于螺芴氧杂蒽（SFX）双取代咔唑（Cz）即SFX-2,7-DCz分子的有机纳米材料，形貌规则，尺寸均一。其中二维菱形纳米片厚度为95到120纳米，边长为1.5到2.1微米，三维梭型八面体厚度为0.3到0.4微米，长度在1.13到1.25微米。长八面体的长度在1.05到1.21微米之间。

以SFX-2,7-DCz为目标化合物，采用经典的重沉淀法，四氢呋喃（THF）作为良溶剂，水作为不良溶剂，在表面活性剂P123的辅助作用下，制备出几种不同形貌的有机纳米晶材料。

纳米结构的制备方法，具体工艺如下：

将目标化合物分子以0.1~4 mM/mL的浓度完全溶于THF（四氢呋喃）中，取上述溶液1 mL迅速的将其注入到5mL的浓度为8 mg/mL的表面活性剂P123的水溶液中。加入磁子快速搅拌5分钟，将制得的混合溶液在室温下静置约13 h，待纳米晶体生长完全后，用12000 r/min转速离心，用超纯水离心洗涤3 ~ 4次来清洗完全附着在晶体表面的表活剂。离心后即得相应的有机纳米材料。加入约1 mL去离子水稀释后即得浓度为0.02-0.07 mg/mL的有机纳米墨水。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但是本发明的技术内容并不限于下述实施例的限制。

实施例1：SFX-2,7-DCz分子的纳米自组装实验方法

首先配置浓度为8 mg/mL的表面活性剂P123水溶液。准备10 mL的样品瓶，投入磁子，加入5mL的8 mg/mL的表面活性剂P123水溶液，待用。我们将0.1~4 mM的SFX-2,7-DCz分子完全溶于1 mL THF（四氢呋喃）中，在磁子匀速转动的条件下，用移液枪将溶于目标分子的四氢呋喃混合物全部一次性注入含有表面活性剂P123水溶液样品瓶中，搅拌4-8分钟。在此过程中，肉眼可见白色絮状物出现，待搅拌完成，成乳白色液体。取出磁子，将混合溶液在室温下静置大约13 h，用12000 r/min 转速离心，同时用超纯水离心洗涤3 ~ 4次，直至将表面活性剂去除完全。取一滴大约10 μL的纳米晶体水溶液沉积在硅衬底上，放在40-45℃的加热板上进行溶剂蒸发，待3-4 h后溶剂完全蒸发，确保水份烘干。然后用场发射SEM（日立S-4800）在5kV的加速电压下测试，观察其纳米形貌。

Claims (6)

1.基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料，其特征在于：采用重沉淀法将目标化合物制备成形貌规则、尺寸均一的有机纳米结构，其化学结构如下，

。

2.根据权利要求1所述的基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料，其特征在于：通过调节所述目标化合物浓度，以转变有机纳米晶形貌，所述有机纳米晶形貌的变化为从二维菱形纳米片到三维梭型八面体纳米结构再到长八面体纳米结构。

3.根据权利要求2所述的基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料，其特征在于：所述二维菱形纳米片的厚度为95~120纳米，边长为1.5~2.1微米；所述三维梭型八面体纳米结构的厚度为0.3~0.4微米，长度为1.13~1.25微米；所述长八面体纳米结构的长度为1.05~1.21微米。

4.基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、制备非离子表面活性剂水溶液；

步骤2、将0.1~4 mM的目标化合物完全溶于1 mL四氢呋喃，即THF中，而后迅速将其注入至5mL的前述步骤中制备出的水溶液中，快速搅拌4~8分钟；期间观察容器，肉眼可见白色絮状物出现；

步骤3、将步骤2中所制得的混合溶液在室温下静置，时间为12~15h，待肉眼所见的白色絮状物生长完全，采用12000 r/min 转速离心，并进行超纯水离心洗涤3 ~ 4次以清洗表面活性剂水溶剂，最终制得相应的有机纳米晶材料。

5.根据权利要求4所述的基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，非离子表面活性剂水溶液为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，即P123。

6.根据权利要求4所述的基于螺芴氧杂蒽双取代咔唑的有机纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3后，取10 μL的纳米晶体水溶液沉积在硅衬底上，置于40~45℃的加热板上进行溶剂蒸发，待3~4 h后溶剂完全蒸发，通过场发射扫描电子显微镜在5kV的加速电压下测试，观察其纳米形貌。