CN108586456A - 一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用，所述材料采用不对称的苝酰亚胺衍生物单体作为构筑单体，在苝酰亚胺两侧分别引入亲水性支链烷基(5‑壬烷基)和五氟苯基取代基，再通过构筑单体之间的π‑π相互作用自组装制备得到的一维有机半导体纳米材料。本发明制备的一维有机半导体纳米材料具有高荧光量子产率、多孔、大表面积和良好的稳定性等优点，大大的降低了检测最低限，对三光气等聚集体和其它常见气体以及有机溶剂蒸汽具有很好的抗干扰能力，实现了对光气特异性和高灵敏度的检测。

Description

一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于有机半导体材料领域，具体涉及一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用。
背景技术
光气(COCl2)，化学名为二氯碳酰，是致死性化学武器中的重要战剂，也是化学恐怖威胁的化学毒剂之一。同时，光气也是重要的化工原料，广泛应用于高分子材料、农药、医药、香料和染料等领域，尤其是用于合成性能优良的工程塑料聚碳酸酯和聚氨酯原料。由于光气是酰氯类化合物，活性基团是羰基，化学性质非常活泼，容易与亲核物质，如组织大分子中的氨基、巯基、羟基等重要功能基团发生酰化反应，生成盐酸，从而引起蛋白和脂质的破坏，膜结构的不可逆改变，酶和其他细胞功能的瓦解。同时，光气损伤还可以引起脂质过氧化，这主要是由于光气损伤中诱发炎症反应，引起呼吸爆发，导致活性氧(reactiveoxygen species，ROS)的大量产生。除此之外，光气还能对肺泡Ⅱ型上皮细胞损伤并使其调亡以及使细胞内钙离子流失等。因此它是剧毒性气体，在使用、运输和贮存过程中存在极大的危险性，2005年美国环保署(U.S.Environmental Protection Agency)的白皮书认为，光气是目前中毒机制不清、缺乏有效救治手段的重要化学毒剂。目前全世界光气的储备大约有230万吨。自光气问世并作为军用战剂的近百年来，光气中毒救治方法始终未能取得突破，关键是光气的中毒机制不清楚。由于光气在战争、恐怖袭击、工业泄露等方面的巨大威胁性，国际上对其研究的热情始终不减，其中重点在于光气的检测与控制。
现在对光气检测技术包括：比色法、化学反应方法、生物试纸等方法，因为这些方法存在检测时长过长、检测限度不够低等缺点未能被广泛应用。荧光传感器检测法为以上现有分析方法存在的缺陷提供了解决方案，这些传感器具有制备成本廉价、低功耗、便携而且可以实时测量样品。其中有机半导体纳米材料具有许多无机纳米材料不具备的优点，比如有机半导体纳米材料的结构可调控、可利用灵活的合成方法制备得到，材料的制造成本低，易于大面积加工，以及有机半导体纳米材料可以应用到柔性基底上等等。因此，尽管有机半导体纳米材料相对于无机纳米材料起步较晚，但近年来发展迅速，不同有机半导体纳米材料在荧光传感检测方面的应用经常被报道。但至今未报道过专一性检测光气的有机半导体纳米材料。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种具有光化学稳定性强、荧光量子产率高的新型一维有机半导体纳米材料。
本发明还提供所述半导体纳米材料的制备方法。
进一步，本发明还提供所述半导体纳米材料在检测光气方面的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一维有机半导体纳米材料，包括以下构筑单体并通过其之间的π-π相互作用自组装得到；所述构筑单体为不对称的苝酰亚胺衍生物，其结构式如下：
进一步，所述构筑单体的排列方式为J型分子排列。
进一步，所述π-π相互作用堆积的方向平行于有机半导体纳米线的长轴方向。
进一步，所述一维有机半导体纳米材料的长度为50-300微米，宽度为2-4微米。
本发明还提供一维有机半导体纳米材料的制备方法，包括如下步骤：将上述构筑单体溶解于良性溶剂中，充分溶解，再加入不良溶剂，静置1-3天，将析出的絮状物吸出，待有机溶剂自然挥发即得到一维有机半导体纳米材料，所述一维有机半导体纳米材料为网状结构的多孔膜。
进一步，所述良性溶剂与不良溶剂的体积比为1:5～1:20；所述良性溶剂为氯仿；所述不良溶剂为乙醇、乙醚、正己烷或正戊烷。
本发明还提供一维有机半导体纳米材料的应用，用于检测ppm级别的有毒气体光气。
本发明的检测原理：本发明合成的构筑单体自组装形成的一维有机半导体纳米材料具有良好的荧光量子产率，受激发光源激发后，能在632nm处发出荧光。当一维有机半导体纳米材料与光气接触时，光气的高化学活性能破坏稳定性的五氟苯基取代基和破坏其π-π共轭结构，导致构筑单体的破坏，进而，一维有机纳米材料在632nm处的荧光强度降低(淬灭)；所以，待测气体中光气的浓度不同，有机纳米材料的荧光强度也会发生不同程度的淬灭。但由于五氟苯基和π-π共轭的强稳定性，使其自组装形成的一维有机纳米材料相对稳定，与三光气等聚集体、其它常见气体以及有机溶剂蒸汽如硫类合物、臭氧、胺类化合物、乙酸乙酯蒸汽、二氯甲烷蒸汽等接触，均不会产生荧光响应，从而实现了对光气的特异性和高灵敏度的检测。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明涉及的一维有机半导体纳米材料采用不对称的苝酰亚胺分子衍生物，单体结构之间的π-π相互作用自组装得到的。其中苝酰亚胺是2个萘单元通过2个sp2杂化的C—C单键相连而形成的一个大的共轭平面芳香体系，这种共轭大π键电子结构赋予了苝酰亚胺优异的光电性质和化学稳定性，使其具有光化学稳定性强、荧光量子产率高等特点，因此，由π共轭的苝酰亚胺作为构筑单元制备的一维有机半导体纳米材料，作为有效的荧光或者电导传感器材料。在苝酰亚胺分子的一侧引入支链5-壬烷取代基不仅能有效增加苝酰亚胺分子衍生物单体分子在有机溶液中的溶解度，还能在其分子自组装过程时，在良性溶剂和不良溶剂的混合液中，由于溶剂的极性作用的影响，使其含有极性基团的基团裸露在聚集体的外面，从而能增强与光气之间的相互作用，提高灵敏性。1,2,3,4,5-五氟-6-苯氧基苯处于苝酰亚胺分子位于另外一侧，五氟苯基的存在能有效降低其聚集体的反应活性和LUMO能级，使得其对高化学活性的光气具有选择性响应，提高材料在空气中的稳定性。另外，具有吸电子基团的五氯苯基，能抑制分子内的电子转移，进一步提高了苝酰亚胺的荧光量子产率，实现对光气的高灵敏度、高选择性的检测。
2、本发明提供了一维有机半导体纳米材料的制备方法，其合成方法操作简单易控，原料廉价易得，制备得到的一维有机半导体纳米材料线具有高荧光量子产率、在空气中良好的稳定性、多孔和大表面积等特点。其中多孔、大表面积有利于光气与材料的吸附扩散，提高了一维有机半导体纳米材料的检测灵敏度；良好的稳定性避免了有机阴离子与氧气及水分反应，进而延长材料寿命。高荧光量子产率有利于进一步的提高检测灵敏度，大大的降低了对光气的最低检测限。
3、本发明提供了一维有机半导体纳米材料用于检测光气的方法。其检测方法操作简单，能对光气进行快速和实时的检测，并且具有很好的特异性。由于五氟苯基的特殊性质，使其自组装形成的聚集体材料相对稳定，对三光气等聚集体和其它常见气体以及有机溶剂蒸汽如硫类合物、臭氧、胺类化合物、乙酸乙酯蒸汽、二氯甲烷蒸汽等没有荧光响应，具有很好的抗干扰能力，实现了对光气特异性和高灵敏度的检测。用它作为传感器材料对剧毒气体光气的安全检测，有很好的应用前景。
附图说明
图1是一维有机半导体纳米材料的构筑单体的1HNMR磁谱图；
图2是一维有机半导体纳米材料的构筑单体的质谱图；
图3是一维有机半导体纳米材料的红外吸收光谱图；
图4是一维有机半导体纳米材料的荧光发射光谱图；
图5是一维有机半导体纳米材料的扫描电镜图谱图；
图6是一维有机半导体纳米材料对光气的荧光响应图谱；
图6中，a是一维有机半导体纳米材料对浓度为100ppm光气的荧光响应图谱；b是一维有机半导体纳米材料对浓度为400ppm光气的荧光响应图谱；c是一维有机半导体纳米材料对浓度为800ppm光气的荧光响应图谱；
图7是一维有机半导体纳米材料对二氧化硫的荧光响应图谱；
图8是一维有机半导体纳米材料对臭氧的荧光响应图谱；
图9是一维有机半导体纳米材料对三乙胺的荧光响应图谱；
图10是一维有机半导体纳米材料对乙酸乙酯蒸汽的荧光响应图谱；
图11是一维有机半导体纳米材料对二氯甲烷蒸汽的荧光响应图谱；
图12是一维有机半导体纳米材料对甲醇蒸汽的荧光响应图谱；
图13是一维有机半导体纳米材料对乙醇蒸汽的荧光响应图谱；
图14是一维有机半导体纳米材料对正己烷蒸汽的荧光响应图谱；
图15是一维有机半导体纳米材料对正戊烷蒸汽的荧光响应图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。下述实施例中所述的方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
一、本发明提供的一维有机半导体纳米材料，通过构筑单体之间的π-π相互作用自组装得到的；所述构筑单体为不对称苝酰亚胺的衍生物，所述不对称苝酰亚胺的衍生物为苝酰亚胺的一端由1,2,3,4,5-五氟-6-苯氧基苯通过一个亚甲基连接苝酰亚胺主干上的氮原子，另一端由非极性的5-壬烷基取代基直接与苝酰亚胺主干上的氮原子连接。其自组装形成的有机纳米材料能够形成多孔膜结构材料，并能与光气进行相互作用，破坏其π-π共轭，使其发生荧光响应，实现对光气进行超灵敏检测。
所述构筑单体的结构式如下：
实验证明，氟代苯基能降低其聚集体的LUMO能级，随着氟代数量的增加，LUMO能级降低的越多，单氟代苯基苝酰亚胺虽然能提高材料在空气中的稳定性，但材料的性能却下降了；二氟代苯基苝酰亚胺和三氟代苯基苝酰亚胺构筑的材料虽然在空气中的稳定性良好，但电子迁移率有所下降。而全氟苯基苝酰亚胺自组装的材料不仅空气中的稳定性良好，而且性能优异，即使在空气中放置72天，其迁移率也不会变化太大，这表明全氟苯基苝酰亚胺自组装的材料是具有良好空气稳定性。
进一步，所述构筑单体的排列方式为J型分子排列；所述π-π堆积的方向平行于有机半导体纳米的长轴方向，使聚集体具有平面规整性及其大的共轭体系，更有利于分子间的π-π轨道堆积和形成电子通道。
由π共轭的不对称的苝酰亚胺衍生物作为构筑单元制备的一维有机半导体纳米材料，作为有效的荧光或者电导传感器材料，实现对有毒有害物的高灵敏度、高选择性的检测，为一种对光气具有超敏感荧光响应(ppm级别)的有机半导体纳米材料。
二、一维有机半导体纳米材料的制备方法，包括如下步骤：将所述构筑单体溶解于良性溶剂中，充分溶解，再加入不良溶剂，静置1-3天，将析出的絮状物吸出，待有机溶剂自然挥发即得到一维有机半导体纳米材料。构筑单体在不良溶剂与良溶剂的混合液中，通过分子间的π-π相互作用，自组装得到高荧光量子产率的一维有机半导体材料。上述一维有机纳米材料分散于不良溶剂中后形成了网状结构的多孔膜。
所述良性溶剂与不良溶剂的体积比为1:5～1:20；所述良性溶剂为氯仿；所述不良溶剂为乙醇、乙醚、正己烷或正戊烷。
所述一维有机纳米材料的长度为50-300微米，宽度为2-4微米，交织为网状结构，有利于光气气体与此一维有机纳米材料进行大范围接触，使其具有最大反应面积，能够实现对光气进行超灵敏检测。
进一步，所述构筑单体的合成工艺路线如下：
具体包括以下步骤：
1)中间体化合物B的制备：
将化合物A和咪唑加热至130℃，然后加入5-胺基壬烷，反应1-2h，再依次加入无水乙醇和质量分数为36％的盐酸溶液得到反应液，搅拌过夜，将所述反应液抽滤收集固体，再将固体水洗至中性，最后减压旋蒸后即得到中间体化合物B；
2)中间体化合物E的制备：
将化合物C和化合物D溶解于二氯甲烷溶剂中，再加入三苯基膦和偶氮二甲酸二异丙酯，室温反应2-3h，加入水淬灭反应，分离有机层，然后向所述有机层加入干燥剂充分干燥后，滤掉干燥剂，最后经减压旋蒸和柱层析分离即得到中间体化合物E；
3)中间体化合物F的制备：
取中间体化合物E溶于二氯甲烷溶剂中，然后加入三氟乙酸溶液，室温反应2-3h，再加入水淬灭反应，分离有机层，向所述有机层加入干燥剂充分干燥后，最后减压旋蒸后即得到中间体化合物F；所述三氟乙酸和二氯甲烷的体积比为1:1；
4)构筑单体的制备：
将步骤1)和步骤3)制备得到的中间体化合物B和中间体化合物F置于咪唑中，加热至130℃，反应1-2h，再依次加入无水乙醇和质量分数为36％的盐酸溶液得到反应液，搅拌过夜，将所述反应液过滤收集固体，将得到的固体经过柱层析分离即得到一维有机半导体纳米材料的构筑单体。
进一步，所述化合物A与5-胺基壬烷的摩尔比为1:1～1:1.2；所述化合物C与化合物D的摩尔比为1:1～1:1.2；所述中间体化合物B与中间体化合物F的摩尔比为1:1～1:4。
三、一维有机半导体纳米材料可以用于检测气体中的光气。
所述检测方法包括以下步骤：
S1：将所述多孔膜均匀的涂敷在石英管内壁上，用激发光源激发所述多孔膜，然后检测所述多孔膜在632nm处的荧光强度；所述激发光源的波长为450-600nm；
S2：将步骤S1处于激发状态的多孔膜与待测气体接触，再检测多孔膜在632nm处的荧光强度，当得到的荧光强度相对步骤S1的荧光强度发生淬灭，则待测气体中含有光气。
本发明涉及的一维有机半导体纳米材料中的多孔膜对百万分之一浓度的的光气(ppm)具有荧光响应，对其他常见有机溶液或气体则不具备响应(例如硫类合物、臭氧、胺类化合物、乙酸乙酯蒸汽、二氯甲烷蒸汽等)，从而可以实现选择性的检测光气这一剧毒气体，推测机理为光气具有强氧化性，能破坏具有稳定性的五氟苯基取代基。其中本发明所述的检测方法只针对光气具有检测响应，且其对三光气等聚集体的光气形式不具备检测能力。
实施例1一维有机半导体纳米构筑单体的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)中间体化合物B的制备
取100mg的3,4,9,10－苝四甲酰二亚胺分子A和10g咪唑加热至130℃，然后加入80mg5-胺基壬烷，反应1h，再加入500mL乙醇以及10mL质量分数为36％的浓盐酸，搅拌过夜，有固体析出，抽滤产物收集固体，再将固体水洗至中性，最后减压旋蒸后即得到中间体化合物B。
(2)中间体化合物E的制备
取223mg化合物C和183mg化合物D溶解于10mL二氯甲烷溶剂中，再加入202mg三苯基膦和200mg偶氮二甲酸二异丙酯，室温反应2h，加入10mL水淬灭反应并用二氯甲烷萃取(一般萃取3次)，合并有机层，然后向所述有机层中加入无水硫酸钠干燥，滤掉干燥剂，减压旋蒸后柱层析(展开剂：石油醚/二氯甲烷(v/v)＝10:1)分离得到112mg中间体化合物E。
(3)中间体化合物F的制备
将步骤2)得到的中间体化合物E溶于3mL三氟乙酸和3mL二氯甲烷混合溶液中，室温反应2个小时，再加入水淬灭反应，分离有机层，向所述有机层加入干燥剂充分干燥后，滤掉干燥剂，最后减压旋蒸后即得到45mg中间体化合物F；
(4)构筑单体的制备
取步骤1)和步骤3)制备得到的10mg的中间体化合物B与30mg的中间体化合物F
(1,2,3,4,5-五氟-6-苯氧基苯)置于5g咪唑中，加热至130℃反应1小时后，再依次加入200mL乙醇以及3mL质量分数为36％的浓盐酸，搅拌过夜，过滤产物收集固体，将得到的固体经过柱层析(展开剂：二氯甲烷/甲醇(v/v)＝100:1)分离得到6mg产品，即一维有机半导体纳米材料的构筑单体。
将得到的一维有机半导体纳米材料的构筑单体进行核磁共振氢谱(1H NMR)和质谱分析，如图1和图2所示，具体数据如下所示：1HNMR(CDCl3):δ0.86-0.93(m,11H),1.13-1.36(m,20H),1.87-1.92(m,2H),2.26-2.31(m,2H),4.67(d,J＝8Hz,2H),5.21(t,J＝6.4Hz,1H),5.43(s,1H,CH2),7.35(d,J＝8Hz,2H),7.60(d,J＝8Hz,2H),8.62-8.73(m,8H),；MALDI-MS:(m/z)788.6。
综上，得到的构筑单体结构如下所示：
实施例2一维有机半导体纳米材料的制备方法
取实施例1制备的一维有机半导体纳米构筑单体0.1mg，溶解于10mL氯仿中，均匀摇晃，再加入50mL乙醇，静置3天，溶液中析出絮状物固体，用吸管将得到的絮状物固体置于干净的玻璃片上，待其乙醇自然挥发干后，即得到一维有机半导体纳米材料。
实施例3一维有机半导体纳米材料的性能检测
1、紫外-可见吸收光谱检测
将实施例2制备的一维有机半导体纳米材料进行紫外-可见吸收光谱检测。
如图3所示：本发明涉及的一维有机半导体纳米材料吸收峰变宽，覆盖了整个可见光区，最大吸收波长为472nm，这是因为苝酰亚胺分子中引入了两个不对称的供电基团，分子内形成了给体-受体结构，当受激发光照射时，分子内部发生了激发态电子转移，降低了基态与激发态之间的能量差。可见，一维有机半导体纳米材料具有很宽的吸收光的范围。
如4图所示，本发明涉及的一维有机半导体纳米材料制备的多孔膜材料在632nm处有最强的荧光发射。
2、荧光量子产率检测
将实施例2制备的一维有机半导体纳米材料放置于荧光量子产率仪中，选取472nm光源激发，测量其在632nm处的荧光量子产率为16％。
3、电镜扫描
将实施例2制备的一维有机半导体纳米材料置于扫描电镜下，观察其形貌。如图5所示，构筑单体之间的π-π相互作用自组装得到的有机半导体纳米线，有机半导体纳米线形成了网状结构的多孔膜，这种结构为吸收光气提供了足够大的比表面积。
4、一维有机半导体纳米材料对光气的超灵敏荧光响应
使用472nm作为激发光源激发实施例2制备的一维有机半导体纳米材料，用10mL的注射器，以1mL/s的速度向所述的多孔膜(一维有机半导体纳米材料)表面吹不同浓度的光气气体，同时用荧光分光光度计测定多孔膜的荧光强度。
如图6所示，与未向多孔膜吹光气相比，当光气的浓度为800ppm时，多孔膜的荧光强度降低了37％左右(图c)；当光气的浓度为400ppm时，一维有机半导体纳米材料的荧光强度降低了24％左右(图b)；当光气的浓度为100ppm时，一维有机半导体纳米材料的荧光强度降低了11％左右(图a)。由此得出多孔膜的最低检测限为6ppm，此时多孔膜的荧光强度降低了1％左右。即当向多孔膜表面吹不同浓度的光气气体，多孔膜材料的荧光信号有不同程度的降低。在停止吹光气时，多孔膜恢复原来的荧光强度。
5、光气检测方法的专一性
使用472nm作为激发光源激发实施例2制备的多孔膜(一维有机半导体纳米材料)，用10mL的注射器，分别以1mL/s的速度向所述的多孔膜表面吹浓度为1000ppm的二氧化硫(图7)、浓度为1000ppm的臭氧(图8)、浓度为1000ppm的三乙胺(图9)、浓度为1000ppm的乙酸乙酯蒸汽(图10)、浓度为1000ppm的二氯甲烷蒸汽(图11)，浓度为1000ppm的甲醇蒸汽(图12)，浓度为1000ppm的乙醇蒸汽(图13)，浓度为1000ppm的正己烷蒸汽(图14)，浓度为1000ppm的正戊烷蒸汽(图15)，同时测定多孔膜的荧光强度，结果显示多孔膜的荧光变化均不大，即其它常见气体以及有机溶剂蒸汽对多孔膜的荧光影响不大，其影响可忽略。
可见，本发明涉及的一维有机半导体纳米材料对检测光气具有很好的特异性，对其它常见气体以及有机溶剂蒸汽具有很好的抗干扰能力。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一维有机半导体纳米材料，其特征在于，包括以下构筑单体并通过其之间的π-π相互作用自组装得到；所述构筑单体的结构式如下：
2.根据权利要求1所述一维有机半导体纳米材料，其特征在于，所述构筑单体的排列方式为J型分子排列。
3.根据权利要求1所述一维有机半导体纳米材料，其特征在于，所述π-π相互作用堆积的方向平行于有机半导体纳米线的长轴方向。
4.根据权利要求1所述一维有机半导体纳米材料，其特征在于，所述一维有机半导体纳米材料的长度为50-300微米，宽度为2-4微米。
5.一维有机半导体纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将权利要求1所述构筑单体溶解于良性溶剂中，充分溶解，再加入不良溶剂，静置1-3天，将析出的絮状物吸出，待有机溶剂自然挥发即得到一维有机半导体纳米材料，所述一维有机半导体纳米材料为网状结构的多孔膜。
6.根据权利要求5所述一维有机半导体纳米材料的制备方法，其特征在于，所述良性溶剂与不良溶剂的体积比为1:5～1:20；所述良性溶剂为氯仿；所述不良溶剂为乙醇、乙醚、正己烷或正戊烷。
7.根据权利要求5所述一维有机半导体纳米材料的制备方法，其特征在于，所述构筑单体的合成工艺路线为：
具体包括以下步骤：
1)中间体化合物B的制备：
将化合物A和咪唑加热至130℃，然后加入5-胺基壬烷，反应1-2h，再依次加入无水乙醇和质量分数为36％的盐酸溶液得到反应液，搅拌过夜，将所述反应液抽滤收集固体，再将固体水洗至中性，最后减压旋蒸后即得到中间体化合物B；
2)中间体化合物E的制备：
将化合物C和化合物D溶解于二氯甲烷溶剂中，再加入三苯基膦和偶氮二甲酸二异丙酯，室温反应2-3h，加入水淬灭反应，分离有机层，然后向所述有机层加入干燥剂充分干燥后，滤掉干燥剂，最后经减压旋蒸和柱层析分离即得到中间体化合物E；
3)中间体化合物F的制备：
将步骤2)得到的中间体化合物E溶于二氯甲烷溶剂中，然后加入三氟乙酸溶液，室温反应2-3h，再加入水淬灭反应，分离有机层，向所述有机层加入干燥剂充分干燥后，滤掉干燥剂，最后减压旋蒸后即得到中间体化合物F；所述三氟乙酸和二氯甲烷的体积比为1:1；
4)构筑单体的制备：
将步骤1)和步骤3)制备得到的中间体化合物B和中间体化合物F置于咪唑中，加热至130℃，反应1-2h，再依次加入无水乙醇和质量分数为36％的盐酸溶液得到反应液，搅拌过夜，将所述反应液过滤收集固体，将得到的固体经过柱层析分离即得到一维有机半导体纳米材料的构筑单体。
8.根据权利要求7所述一维有机半导体纳米材料的制备方法，其特征在于，所述化合物A与5-胺基壬烷的摩尔比为1:1～1:1.2；所述化合物C与化合物D的摩尔比为1:1～1:1.2；所述中间体化合物B与中间体化合物F的摩尔比为1:1～1:4。
9.一维有机半导体纳米材料的应用，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述一维有机半导体纳米材料，用于检测ppm级别的有毒气体光气。
10.根据权利要求9所述一维有机半导体纳米材料的应用，其特征在于，检测方法包括以下步骤：
S1：将权利要求5制备的多孔膜均匀的涂敷在石英管内壁上，用激发光源激发所述多孔膜，然后检测所述多孔膜在632nm处的荧光强度；所述激发光源的波长为450-600nm；
S2：将步骤S1处于激发状态的多孔膜与待测气体接触，同时检测多孔膜在632nm处的荧光强度，当得到的荧光强度相对步骤S1的荧光强度发生淬灭，则待测气体中含有光气。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110724141A (zh) * 2019-10-22 2020-01-24 南京大学 一种制备ep-pdi微米线的方法
CN114409651A (zh) * 2022-02-18 2022-04-29 长江师范学院 对塔崩具有荧光响应的一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用
CN114409650A (zh) * 2022-02-18 2022-04-29 长江师范学院 对梭曼具有荧光响应的一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用
CN114478526A (zh) * 2022-02-18 2022-05-13 长江师范学院 一种新型的一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用
CN114516872A (zh) * 2022-02-18 2022-05-20 长江师范学院 一种基于苝酰亚胺的纳米材料及其制备方法和应用
CN114516871A (zh) * 2022-02-18 2022-05-20 长江师范学院 一种苝酰亚胺衍生物纳米材料及其制备方法和应用
CN114524813A (zh) * 2022-02-18 2022-05-24 长江师范学院 对沙林具有荧光响应的一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103709161A (zh) * 2013-12-17 2014-04-09 中国科学院化学研究所 对有机胺类气体具有荧光和光电导双响应的一维有机半导体纳米线及其制备方法和应用
CN104130257A (zh) * 2014-07-07 2014-11-05 中国科学院化学研究所 对有机胺类气体具有荧光响应的一维有机半导体螺旋纳米线及其制备方法和应用
CN104946241A (zh) * 2015-06-04 2015-09-30 中国科学院化学研究所 一维有机半导体纳米管及其制备方法和应用
CN107245076A (zh) * 2016-07-19 2017-10-13 中国科学院化学研究所 对挥发性有机化合物气体具有荧光响应的一维有机半导体纳米线及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103709161A (zh) * 2013-12-17 2014-04-09 中国科学院化学研究所 对有机胺类气体具有荧光和光电导双响应的一维有机半导体纳米线及其制备方法和应用
CN104130257A (zh) * 2014-07-07 2014-11-05 中国科学院化学研究所 对有机胺类气体具有荧光响应的一维有机半导体螺旋纳米线及其制备方法和应用
CN104946241A (zh) * 2015-06-04 2015-09-30 中国科学院化学研究所 一维有机半导体纳米管及其制备方法和应用
CN107245076A (zh) * 2016-07-19 2017-10-13 中国科学院化学研究所 对挥发性有机化合物气体具有荧光响应的一维有机半导体纳米线及其制备方法和应用

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110724141A (zh) * 2019-10-22 2020-01-24 南京大学 一种制备ep-pdi微米线的方法
CN114409651A (zh) * 2022-02-18 2022-04-29 长江师范学院 对塔崩具有荧光响应的一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用
CN114409650A (zh) * 2022-02-18 2022-04-29 长江师范学院 对梭曼具有荧光响应的一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用
CN114478526A (zh) * 2022-02-18 2022-05-13 长江师范学院 一种新型的一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用
CN114516872A (zh) * 2022-02-18 2022-05-20 长江师范学院 一种基于苝酰亚胺的纳米材料及其制备方法和应用
CN114516871A (zh) * 2022-02-18 2022-05-20 长江师范学院 一种苝酰亚胺衍生物纳米材料及其制备方法和应用
CN114524813A (zh) * 2022-02-18 2022-05-24 长江师范学院 对沙林具有荧光响应的一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用
CN114478526B (zh) * 2022-02-18 2022-11-22 长江师范学院 一种新型的一维有机半导体纳米材料及其制备方法和应用
CN114516872B (zh) * 2022-02-18 2023-03-03 长江师范学院 一种基于苝酰亚胺的纳米材料及其制备方法和应用

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