CN111334289A - 一种智能介观结构材料异质界面修饰化合物及功能化调控及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能介观结构材料异质界面修饰化合物及功能化调控及其制备方法,该化合物的主体为四苯乙烯、四周为可水解的硅氧烷基。其制备方法为:以4,4'‑二氨基二苯甲酮1a为原料,经锡粒催化合成四氨基四苯乙烯2a,随后与3‑异氰酸丙基三乙氧基硅烷反应得到具有聚集诱导荧光效应和可进行材料界面修饰功能的有机分子3a。通过将3a对无机介孔界面进行修饰可得到高发光效率的荧光多孔材料。本发明所提供的有机荧光分子与多孔材料之间发生共价相互作用,在不破坏多孔材料多孔性质的前提下,实现对多孔材料的界面修饰,以及光学性质调控。
Description
技术领域
本发明属于有机-无机杂化材料领域,具体涉及一种智能介观结构材料异质界面修饰化合物及功能化调控及其制备方法。
背景技术
多孔材料具有优良的孔道结构、极大的比表面积以及良好的机械性能,使其在识别分离、催化合成、军事工程、生物技术等多领域具有广泛的应用前景。无机多孔材料主要是由骨架和孔道组成,但是由于这些纯的无机材料本身不具有活性中心,从而限制了材料的进一步应用。为了扩展多孔材料在不同领域的应用,往往要对材料进行功能化,以便将各种活性组分,如金属杂原子及氧化物、杂多酸、有机碱、生物酶或有机官能团等引入到孔材料中,其中有机修饰是扩展其应用的最为便捷、灵活的途径之一。
利用有机基团对无机多孔材料进行界面修饰,一方面能够提供新的活性中心,从而实现催化、识别等特异性操作,另一方面相对于无机孔材料,界面修饰的有机-无机杂化多孔材料其骨架丰富多样且孔结构可调、稳定性好。例如许多杂原子有机分子就被引入到多孔硅材料中以提高其各方面性能。含氮和硫的线型有机硅前驱体嵌入到材料后往往能够提供偶氮基团、席夫碱基团、二亚胺/二炔基团以及胺基和硫化物。含硫化物的多孔材料除了其自身对污染物的高选择性具有研究价值外,这些基团还可以通过后氧化处理形成磺酸基来作为酸功能团的来源。含氮和氧化合物前驱体所合成的多孔材料作为主体在选择性的吸附和分离客体分子上展现出良好的性能。
发明内容
为了克服多孔材料功能单调、性能可调性低等技术缺陷,本发明提供了一种智能介观结构材料异质界面修饰化合物及功能化调控及其制备方法,针对介孔二氧化硅材料进行界面修饰,实现该二氧化硅多孔材料的光学性能调控。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明提供了一种智能介观结构材料异质界面修饰化合物,结构式如下:
其中,Et基团为C2H5。
在实施例中,所述有机发光分子具有聚集诱导荧光增强的效应。
本发明还提供了一种用于有机无机杂化介孔二氧化硅材料的制备方法,包括:
1)以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,利用氢氧化钠调节水溶液的酸碱度,制备CTAB的水溶液。
2)以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅烷前驱体,将合成好的有机荧光分子作为有机前驱体,共同加入到CTAB水溶液,温和的条件下反应4小时;
3)所得材料利用乙醇溶液进行洗涤,得到有机-无机杂化介孔二氧化硅材料。
制备以四苯乙烯为基础的有机荧光分子的具体步骤为:在氮气保护下,4, 4'-二氨基二苯甲酮、浓盐酸和锡粒加入反应瓶中。回流反应24小时,得到固体产物,通过洗涤得到中间产物;将中间产物和3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷加入到装有四氢呋喃的反应瓶中,并用三乙胺进行催化,回流反应24小时后,得最终产物。
在一些实施例中,所述中间产物与3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为 1:(4.4~4.8)。
本发明提供了一种多孔发光材料的制备方法。
本发明提供了一种多孔材料的界面修饰方法。
本发明还提供一个种保持原有材料多孔性能的基础上,多功能修饰的途径。
本发明的有益效果:
(1)本发明所提供的以四苯乙烯为基础的有机荧光分子,在单分散状态下荧光效率较低,而在聚集作用下由于分子内旋转受限会出现聚集诱导荧光增强(AIEE)现象。这种现象有利于在固态材料中的修饰,通过在材料骨架以及界面修饰过程的固定作用能够大大增强材料的发光效率。
(2)为了保证多孔材料的本征特性,在不破坏多孔材料孔结构的前提下通过有机分子对材料界面进行修饰。通过引入有机分子提高材料的机械性能以及光学性能,从而可推动多孔材料在复合材料中的应用,在仪器设备、环境分析、生物医药、武器装备领域具有较大应用潜力。
(3)本发明的合成方法简单,易操作,工艺易控制,原料及仪器设备使用成本低等。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为用于多孔材料界面修饰的有机荧光分子3a的制备方法;
图2为另一种用于多孔材料界面修饰的有机荧光分子3a的制备方法;
图3为实施例4中合成的有机-无机杂化介孔二氧化硅;
图4为2a中间体的1H NMR光谱;
图5为2a中间体的13C NMR光谱;
图6为3a产物的1H NMR光谱;
图7为3a产物的13C NMR光谱。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,并结合其附图,对本申请进行详细阐述。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1.
如图1所示:
中间体2a:将4,4'-二氨基二苯甲酮(0.85g,4.0mmol)加入到35mL的浓盐酸当中,搅拌均匀后加入3.3g(28.0mmol)锡粒,然后缓慢加热至回流温度。在回流状态下搅拌反应24小时。反应结束后冷却至室温,通过减压抽滤得到灰白色固体并用去离子水洗涤三遍得到中间产物0.53g,产率为62%。1H NMR (600MHz,DMSO-d6,δ)7.10(2H,ArH),7.07(2H,ArH),3.85(2H, NH2);13C NMR(75MHz,DMSO-d6,δ)121.49,132.39,137.10,132.79,139.59,140.70。
有机分子3a:在氮气保护下,向干燥的100mL三口烧瓶中加入中间体2a (0.39g,1.0mmol),和3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷(1.08g,4.4mmol),并加入50mL干燥的无水四氢呋喃,搅拌溶解并加热至回流。完全溶解后将0.6g (6.0mmol)三乙胺加入到反应瓶中,回流反应24小时。反应结束后冷却至室温,减压蒸馏除去溶剂,得到的固体用正己烷溶剂洗涤,得到浅黄色固体产物0.94g,产率为68%。1H NMR(600MHz,DMSO-d6,δ):8.54(4H, PhNHCO),7.11(8H,ArH),6.75(8H,ArH),6.29(4H,NHCH2),3.73 (24H,ethoxy CH2),2.99(8H,CH2NH),1.45(8H,CH2CH2Si),1.14(36H, ethoxy CH3),and 0.56(8H,Si-CH2);13C NMR(75MHz,DMSO-d6,δ) 7.73,18.67,23.80,46.27,58.18,117.22,131.70,137.11,138.54,138.98,155.55。
实施例2.
如图2所示:
中间体2a:将4,4'-二氨基二苯甲酮(0.85g,4.0mmol)加入到50mL的浓盐酸当中,搅拌均匀后加入3.3g(28.0mmol)锡粒,然后缓慢加热至回流温度。在回流状态下搅拌反应24小时。反应结束后冷却至室温,通过减压抽滤得到灰白色固体并用去离子水洗涤三遍得到中间产物0.60g,产率为71%。1H NMR (600MHz,DMSO-d6,δ)7.10(2H,ArH),7.07(2H,ArH),3.85(2H, NH2);13C NMR(75MHz,DMSO-d6,δ)121.49,132.39,137.10,132.79,139.59,140.70。
有机分子3a:在氮气保护下,向干燥的100mL三口烧瓶中加入中间体2a (0.39g,1.0mmol),和3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷(1.19g,4.8mmol),并加入50mL干燥的无水四氢呋喃,搅拌溶解并加热至回流。完全溶解后将0.6g (6.0mmol)三乙胺加入到反应瓶中,回流反应24小时。反应结束后冷却至室温,减压蒸馏除去溶剂,得到的固体用正己烷溶剂洗涤,得到浅黄色固体产物1.01g,产率为73%。1H NMR(600MHz,DMSO-d6,δ):8.54(4H, PhNHCO),7.11(8H,ArH),6.75(8H,ArH),6.29(4H,NHCH2),3.73 (24H,ethoxy CH2),2.99(8H,CH2NH),1.45(8H,CH2CH2Si),1.14(36H, ethoxy CH3),and 0.56(8H,Si-CH2);13C NMR(75MHz,DMSO-d6,δ) 7.73,18.67,23.80,46.27,58.18,117.22,131.70,137.11,138.54,138.98,155.55。
实施例3.
将CTAB(200mg)和氢氧化钠(700μL,2M)溶解于100mL的去离子水中,加热到80℃搅拌30分钟。然后将1mL的TEOS加入到上述CTAB水溶液,混合溶液在80℃下搅拌1小时然后冷却至室温,抽滤得到无机介孔二氧化硅材料。去除模板剂CTAB通过用甲醇进行索氏提取48小时。
精确称量多个100mg的有机分子3a溶解于10mL乙醇溶液,向此乙醇溶液中加入0.1g无机二氧化硅材料,超声十分钟均匀分散,并在室温下搅拌4 小时。抽滤得到界面通过邮寄分子3a进行修饰的有机-无机介孔二氧化硅材料,此材料具有良好的荧光性能,在固态下可以发出强烈的荧光。
实施例4.
将CTAB(200mg)和氢氧化钠(700μL,2M)溶解于100mL的去离子水中,加热到80℃搅拌30分钟。然后将1mL的TEOS以及100mg的有机分子3a加入到上述CTAB水溶液,混合溶液在80℃下搅拌1小时然后冷却至室温,抽滤得到有机-无机杂化介孔二氧化硅材料。去除模板剂CTAB通过用甲醇进行索氏提取48小时。
上述杂化介孔材料展现出良好的孔道结构以及强烈的荧光发射。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (9)
2.如权利要求1所述的化合物,其特征在于,所述对四苯乙烯基础的硅烷化合物具有聚集诱导荧光增强效应,可显著提高有机分子在多孔材料界面修饰后的发光效率。
3.一种用于多孔材料界面修饰的有机化合物制备方法,其特征在于,包括:
1)以4,4'-二氨基二苯甲酮1a为原料,经锡粒催化制得四氨基四苯乙烯2a;
2)将上述的四氨基四苯乙烯2a与3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷反应制备最终产物终端为硅烷的有机分子3a,此步反应通过三乙胺进行催化。
4.如权利要求3的制备方法,其特征在于,制备四氨基四苯乙烯2a的具体步骤为:将端4,4'-二氨基二苯甲酮1a、锡粒、浓盐酸加入反应瓶中,回流反应24小时,再经抽滤、洗涤、干燥处理得到固体粉末。
5.如权利要求3的制备方法,其特征在于,所述有机分子3a制备过程,三乙胺应过量50%。
6.如权利要求3的制备方法,其特征在于,所述3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷与四氨基四苯乙烯2a的摩尔比为1:(4.4~4.8)。
7.权利要求3-7任一项所述的方法合成的四苯乙烯基础有机化合物。
8.一种有机-无机杂化介孔二氧化硅,其特征在在于,所述材料性能包括:权利要求1、2或9任一项所述的有机化合物修饰。
9.权利要求1、2或9任一项所述的有机化合物3a在制备有机-无机杂化介孔材料中的应用。
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