CN110760304A - 一种四（羟基苯）锆卟啉-aie荧光分子复合光敏传感材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光敏传感材料领域，公开了一种四(羟基苯)锆卟啉‑AIE荧光分子复合光敏传感材料的制备方法，本发明先制备四(羟基苯)卟啉，以对羟基苯甲醛和正丙酸为原料先制备了四(羟基苯)卟啉，最终用等体积乙醇析出结晶，通过该改进方法能够实现易分离与提纯。再通过水热法与硝酸锌反应制备四(羟基苯)锌卟啉，简单，高效。最终将四(羟基苯)锌卟啉与1，2‑二苯基‑1，2‑二(4‑羧基苯)乙烯复合制备四苯基锆卟啉‑AIE荧光分子复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及光敏传感材料领域，尤其涉及一种四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料的制备方法。
背景技术
锆是一种银白色的高熔点金属，呈浅灰色。锆容易吸收氢、氮和氧气；锆对氧的亲和力很强，1000℃氧气溶于锆中能使其体积显著增加。锆一般被认为是稀有金属，其实它在地壳中的含量相当大，比一般的常用的金属锌、铜、锡等都大。
卟啉及其衍生物具备独特的光物理性质和自组装能力。卟啉和金属卟啉在400～500nm紫外可见区域均具有高强度的特征吸收峰(Soret带)，摩尔吸光系数通常在105L·mol-1·cm-1左右。因此，卟啉也被作为“超高灵敏度检测剂”用以检测金属离子。并且，卟啉衍生物还具有良好的荧光性能，其在荧光光谱中的最大发射波长均超过650nm，处于红光区域，且强度较大，因而卟啉衍生物常被作为红色光的掺杂染料用于制作有机电致发光器件。此外，带负电荷的卟啉化合物和β-环糊精之间存在较强的主客体作用，其络合常数高达108(mol/L)-1。研究表明，卟啉分子可以沿环糊精对称轴方向由次面进入空腔，从而形成稳定的2∶1络合物，因而基于卟啉和环糊精的超分子聚集体或超分子聚合物的研究也引起了广泛关注。
自2001年唐本忠院士团队发现聚集诱导发光(AIE)现象以来，国内外诸多科学家开展了针对AIE材料的发光机理和应用前景研究。与传统有机发光染料相比，AIE荧光染料是在聚集或固态薄膜状态下发强光，而在良溶剂中不发光或发微弱光的一类特殊的有机荧光材料。截止目前，所报道的AIE发光机理大致可分为分子内旋转受限、分子内共平面、抑制光物理过程或光化学反应、非紧密堆积、J-聚集体形成以及特殊激基缔合物等。基于对AIE发光机理研究的逐步深入，大量的具有AIE性能的发光染料体系已经被研发出来，包括四苯基乙烯(TPE)、噻咯(silole)、三苯胺衍生物以及蒽取代物等。随着AIE染料体系的不断丰富，探索其广泛的应用潜力显得十分必要。近十几年来，AIE材料已经在生物成像、化学/生物传感和有机发光二极管(OLED)等领域具有十分重大的研究进展。
构建AIE荧光传感器是AIE材料的又一重要研究领域。荧光传感器是材料基于对特殊成分检测而出现荧光增强或减弱的一种反应，包括对pH、温度、硫化氢气体、爆炸性物质、生物多糖和生物凋亡等。然而现有技术中现有相关的报道，因此有必要对该方向进行深入的研究。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料的制备方法，本发明先制备了四(羟基苯)卟啉，以对羟基苯甲醛和正丙酸为原料先制备了四(羟基苯)卟啉，最终用乙醇析出结晶，通过该改进方法能够实现易分离与提纯。再通过水热法与氯化锆反应制备四(羟基苯)锆卟啉，简单，高效。最终将四(羟基苯)锆卟啉与1，2-二苯基-1，2-二(4-羧基苯)乙烯复合制备四苯基锆卟啉-AIE荧光分子复合材料。
本发明的具体技术方案为：1.一种四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：四(对羟基苯)卟啉的制备：将对羟基苯甲醛溶于正丙酸中，加热至沸，滴加新蒸的吡咯；继续加热回流，停止加热，加入乙醇，摇匀后室温下放置冷却，然后冷却析出蓝色晶体，抽滤，洗涤，抽干；得到四(对羟基苯)卟啉。
用吡咯和对甲氧基苯甲醛为原料，需要两步反应，此方法的合成产物不易分离与提纯。若按其它卟啉衍生物一般通用的合成方法，即直接使对羟基苯甲醛与吡咯在丙酸介质中反应，产物不能结晶析出，只能产生一些黑色坚硬固体。本发明仍采用这一反应，在反应完毕后加入等体积的乙醇即可析出蓝色晶体。
步骤2、四(对羟基苯)锆卟啉的制备：在剧烈搅拌下将四(对羟基苯)卟啉和氯化锆溶解在N，N-二乙基甲酰胺中，并将所得混合物在室温下进一步搅拌；搅拌后，将所得混合溶液进行超声处理；然后将所得混合物转移到聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中，盖上盖子并置于烘箱中反应，溶液冷却至室温，保存备用。
N，N-二乙基甲酰胺的毒性较N，N-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜低，且溶解性较好，易于回收。通过水热法合成，能够提高复合材料的比表面积，提高电子传输速率与电子运输途径，有效增强传感效率。
步骤3、四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料的制备：在搅拌下，将1，2-二苯基-1，2-二(4-羧基苯)乙烯和PVP溶解在含有乙醇和DMF的混合溶液中；在连续搅拌下缓慢倒入步骤2所得四(对羟基苯)锆卟啉溶液；然后将所得混合液搅拌，之后超声处理；然后将所得混合物溶液转移到Teflon衬里的高压釜中，将高压釜放入烘箱中反应；冷却至室温后，将所得混合物中加入水离心处理，弃去上清液；将沉淀物干燥；最后研磨并收集粉末，得到目标产物。
作为优选，以mol和mL计，步骤1中，四(对羟基苯)卟啉的制备具体为：将0.5-1.5mol对羟基苯甲醛溶于200-400mL正丙酸中，加热至295-305℃，滴加0.5-1.5mol新蒸的吡咯；滴加过程中溶液由黄色变到棕黑色；继续加热回流10-30min，停止加热，加入等体积的乙醇，摇匀后室温下放置冷却，然后冷却2-3小时，析出蓝色晶体，抽滤，洗涤，抽干；得到四(对羟基苯)卟啉。
作为优选，步骤1中，得到蓝色晶体后抽滤，以1∶1的丙酸/乙醇洗多次，再以氯仿洗多次，抽干；所得产物于120-180℃烘干1-2小时。
作为优选，以mg和mL计，步骤2中，四(对羟基苯)锆卟啉的添加量为120-180mg，氯化锆粉末的添加量为40-60mg，N，N-二乙基甲酰胺的添加量为50-70mL。
作为优选，步骤2中，所得混合物在室温下搅拌30-50min，搅拌后超声处理15-25min；然后将所得混合物转移到聚四氟乙烯衬里的高压釜中，盖上盖子并置于100-140℃的烘箱中20-30小时；将最终得到的溶液冷却至室温，保存备用。
作为优选，以mg和mL计，步骤3中，1，2-二苯基-1，2-二(4-羧基苯)乙烯的添加量为40-70mg，PVP的添加量为0.8-1.2mg，乙醇的添加量为15-25mL，DMF的添加量为7.5-12.5mL。
作为优选，步骤3中，PVP的MW＝55,000-60,000。
作为优选，以mg和mL计，步骤3中，四(对羟基苯)锆卟啉溶液的添加量为20-60mL，搅拌20-40min，超声处理15-25min；烘箱温度为60-100℃，保持反应12-48小时；去离子水的添加量为5-15mL。
作为优选，步骤3中，离心转速为3000-7000rpm，离心时间为5-15min，干燥温度为50-70℃，干燥时间为40-50小时。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过水热法将四(羟基苯)锆卟啉与AIE荧光分子合成，有助于提高活性位点，提高传感器灵敏度，提高传输效率。四(羟基苯)锆卟啉与AIE荧光分子都有很强的荧光性能，两者的复合能够增强荧光性能，远大于单一的荧光性能。
2、利用AIE效应的TPE衍生物可能为设计生物探针分子提供了一种新的方法，因为TPE发光团在溶液中溶解时不发光，但在聚集态和固态时发射率很高。利用这一优势，将其应用于化学传感器。
3、基于卟啉与AIE分子的优异性质，能够提高材料对光的灵敏性，对新型光敏传感器的研究开发具有深远的意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
1)四(对羟基苯)卟啉的制备
将0.5mol对羟基苯甲醛溶于200ml正丙酸中，加热至沸，滴加新蒸的0.5mol吡咯。继续加热回流10分钟。停止加热，加入约等体积的乙醇，摇匀后室温下放置冷却，然后置于冰箱中冷却2-3h析出蓝色晶体，以1∶1的丙酸/乙醇洗三次，再以氯仿洗几次，抽干。所得产品置于烘箱中于120℃烘干1小时。
2)四(对羟基苯)锆卟啉的制备
在剧烈搅拌下将合成好的120mg四(对羟基苯)卟啉和40mg氯化锆粉末溶解在50mlN，N-二乙基甲酰胺中，并将混合物在室温下进一步搅拌30min。搅拌后，将混合溶液进行超声处理15min。然后将混合物转移到聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中，盖上盖子并置于100℃的烘箱中24小时。溶液冷却至室温，保存备用。
3)四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料的制备
在温和搅拌下，将40mg 1，2-二苯基-1，2-二(4-羧基苯)乙烯和0.8mg PVP(MW＝58,000)溶解在含有15ml乙醇和7.5ml DMF的混合溶液中。在连续搅拌下，缓慢倒入如此制备的15ml锆卟啉溶液。然后将混合液搅拌，之后超声处理。之后，将混合物溶液转移到Teflon衬里的高压釜中。将高压釜放入烘箱温度为60℃中反应12小时。冷却至室温后，将得到的混合物均匀倒入离心管中，并向每个离心管中加入5ml去离子水。然后将混合物放入离心机离心，转速为3000转/分钟，离心时间为5分钟，弃去上清液。将含有沉淀物的离心管置于60℃的烘箱中48小时。最后，研磨干燥得到四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料。
实施例2
1)四(对羟基苯)卟啉的制备
将1.0mol对羟基苯甲醛溶于300ml正丙酸中，加热至沸，滴加新蒸的1.0mol吡咯。继续加热回流20分钟。停止加热，加入约等体积的乙醇，摇匀后室温下放置冷却，然后置于冰箱中冷却2-3h析出蓝色晶体，以1∶1的丙酸/乙醇洗三次，再以氯仿洗几次，抽干。所得产品置于烘箱中于150℃烘干1.5小时。
2)四(对羟基苯)锆卟啉的制备
在剧烈搅拌下将合成好的150mg四(对羟基苯)卟啉和50mg氯化锆粉末溶解在60mlN，N-二乙基甲酰胺中，并将混合物在室温下进一步搅拌40min。搅拌后，将混合溶液进行超声处理20min。然后将混合物转移到聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中，盖上盖子并置于120℃的烘箱中24小时。溶液冷却至室温，保存备用。
3)四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料的制备在温和搅拌下，将55mg 1，2-二苯基-1，2-二(4-羧基苯)乙烯和1.0mg PVP(MW＝58,000)溶解在含有20ml乙醇和10ml DMF的混合溶液中。在连续搅拌下，缓慢倒入如此制备的30ml锆卟啉溶液。然后将混合液搅拌，超声处理。之后，将混合物溶液转移到Teflon衬里的高压釜中。将高压釜放入烘箱温度为80℃中反应24小时。冷却至室温后，将得到的混合物均匀倒入离心管中，并向每个离心管中加入10ml去离子水。然后将混合物放入离心机离心，转速为5000转/分钟，离心时间为10分钟，弃去上清液。将含有沉淀物的离心管置于60℃的烘箱中48小时。最后，研磨干燥得到四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料。
实施例3
1)四(对羟基苯)卟啉的制备
将1.5mol对羟基苯甲醛溶于400ml正丙酸中，加热至沸，滴加新蒸的1.5mol吡咯。继续加热回流30分钟。停止加热，加入约等体积的乙醇，摇匀后室温下放置冷却，然后置于冰箱中冷却2-3h析出蓝色晶体，以1∶1的丙酸/乙醇洗三次，再以氯仿洗几次，抽干。所得产品置于烘箱中于180℃烘干1.5小时。
2)四(对羟基苯)锆卟啉的制备
在剧烈搅拌下将合成好的160mg四(对羟基苯)卟啉和60mg氯化锆粉末溶解在70mlN，N-二乙基甲酰胺中，并将混合物在室温下进一步搅拌50min。搅拌后，将混合溶液进行超声处理25min。然后将混合物转移到聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中，盖上盖子并置于140℃的烘箱中24小时。溶液冷却至室温，保存备用。
3)四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料的制备
在温和搅拌下，将70mg 1，2-二苯基-1，2-二(4-羧基苯)乙烯和1.2mg PVP(MW＝58,000)溶解在含有25ml乙醇和12.5ml DMF的混合溶液中。在连续搅拌下，缓慢倒入如此制备的45ml锆卟啉溶液。然后将混合液搅拌，之后超声处理。之后，将混合物溶液转移到Teflon衬里的高压釜中。将高压釜放入烘箱温度为100℃中反应48小时。冷却至室温后，将得到的混合物均匀倒入离心管中，并向每个离心管中加入15ml去离子水。然后将混合物放入离心机离心，转速为3000转/分钟，离心时间为5分钟弃去上清液。将含有沉淀物的离心管置于60℃的烘箱中48小时。最后，研磨干燥得到四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料。
利用本发明方法简单，高效所制备得到的配合物其纯度非常高，并且并通过三个实施例的对比，实施例2的纯度最高，为63.2％，而且表现高荧光强度，以及有很好的荧光量子产率。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：四(对羟基苯)卟啉的制备：将对羟基苯甲醛溶于正丙酸中，加热至沸，滴加新蒸的吡咯；继续加热回流，停止加热，加入乙醇，摇匀后室温下放置冷却，然后冷却析出蓝色晶体，抽滤，洗涤，抽干；得到四(对羟基苯)卟啉；
步骤2、四(对羟基苯)锆卟啉的制备：在剧烈搅拌下将四(对羟基苯)卟啉和氯化锆溶解在N，N-二乙基甲酰胺中，并将所得混合物在室温下进一步搅拌；搅拌后，将所得混合溶液进行超声处理；然后将所得混合物转移到聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中，盖上盖子并置于烘箱中反应，溶液冷却至室温，保存备用；
步骤3、四(羟基苯)锆卟啉-AIE荧光分子复合光敏传感材料的制备：在搅拌下，将1，2-二苯基-1，2-二(4-羧基苯)乙烯和PVP溶解在含有乙醇和DMF的混合溶液中；在连续搅拌下缓慢倒入步骤2所得四(对羟基苯)锆卟啉溶液；然后将所得混合液搅拌，之后超声处理；然后将所得混合物溶液转移到Teflon衬里的高压釜中，将高压釜放入烘箱中反应；冷却至室温后，将所得混合物中加入水离心处理，弃去上清液；将沉淀物干燥；最后研磨并收集粉末，得到目标产物。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以mol和mL计，步骤1中，四(对羟基苯)卟啉的制备具体为：将0.5-1.5mol对羟基苯甲醛溶于200-400mL正丙酸中，加热至295-305℃，滴加0.5-1.5mol新蒸的吡咯；滴加过程中溶液由黄色变到棕黑色；继续加热回流10-30min，停止加热，加入等体积的乙醇，摇匀后室温下放置冷却，然后冷却2-3小时，析出蓝色晶体，抽滤，洗涤，抽干；得到四(对羟基苯)卟啉。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，得到蓝色晶体后抽滤，以1∶1的丙酸/乙醇洗多次，再以氯仿洗多次，抽干；所得产物于120-180℃烘干1-2小时。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以mg和mL计，步骤2中，四(对羟基苯)锆卟啉的添加量为120-180mg，氯化锆粉末的添加量为40-60mg，N，N-二乙基甲酰胺的添加量为50-70mL。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所得混合物在室温下搅拌30-50min，搅拌后超声处理15-25min；然后将所得混合物转移到聚四氟乙烯衬里的高压釜中，盖上盖子并置于100-140℃的烘箱中20-30小时；将最终得到的溶液冷却至室温，保存备用。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以mg和mL计，步骤3中，1，2-二苯基-1，2-二(4-羧基苯)乙烯的添加量为40-70mg，PVP的添加量为0.8-1.2mg，乙醇的添加量为15-25mL，DMF的添加量为7.5-12.5mL。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，PVP的MW＝55，000-60，000。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，以mg和mL计，步骤3中，四(对羟基苯)锆卟啉溶液的添加量为20-60mL，搅拌20-40min，超声处理15-25min；烘箱温度为60-100℃，保持反应12-48小时；去离子水的添加量为5-15mL。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，离心转速为3000-7000rpm，离心时间为5-15min，干燥温度为50-70℃，干燥时间为40-50小时。
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