CN114790299B - 一种具有聚集诱导发光效应的共价有机框架化合物及其制备与应用 - Google Patents

一种具有聚集诱导发光效应的共价有机框架化合物及其制备与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114790299B
CN114790299B CN202210480273.5A CN202210480273A CN114790299B CN 114790299 B CN114790299 B CN 114790299B CN 202210480273 A CN202210480273 A CN 202210480273A CN 114790299 B CN114790299 B CN 114790299B
Authority
CN
China
Prior art keywords
organic framework
covalent organic
compound
framework compound
aie
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210480273.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114790299A (zh
Inventor
彭永武
靳鹏
郭成龙
王豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN202210480273.5A priority Critical patent/CN114790299B/zh
Publication of CN114790299A publication Critical patent/CN114790299A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114790299B publication Critical patent/CN114790299B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G83/00—Macromolecular compounds not provided for in groups C08G2/00 - C08G81/00
    • C08G83/008—Supramolecular polymers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6439—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Abstract

本发明公开了一种具有聚集诱导发光效应的共价有机框架化合物及其制备与应用，本发明通过[4+2]亚胺缩合得到有序扩展的二维kgm拓扑结构框架化合物，该共价有机框架化合物具有高度的结晶性和独特孔隙结构，其含有柔性四苯基乙烯(TPE)部分作为分子转子，使得这种新的共价有机框架化合物可有效地检测挥发性有机化合物(VOCs)，在荧光传感领域具有良好的应用前景。

Description

一种具有聚集诱导发光效应的共价有机框架化合物及其制备 与应用
技术领域
本发明属于共价有机框架(COFs)材料领域，具体涉及一种新型具有聚集诱导发光(AIE)效应的共价有机框架化合物及其制备与应用。
背景技术
挥发性有机化合物(VOCs)，如脂肪烃和氯烃，以及苯及其衍生物，已成为空气污染物的主要来源，很容易引发广泛的感官刺激和慢性疾病(如哮喘、囊性纤维化)、肾功能衰竭、神经系统损伤和癌症。因此，VOCs的有效检测和识别具有至关重要的意义。目前，便携式电子设备可以检测到百万分之几(ppm)浓度的VOCs，但只能选择性地捕获特定分子。由于要区分的分子的结构和物理性质相似，苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯的区分在VOCs检测中仍然非常具有挑战性。因此，迫切需要开发具有灵敏度高、选择性广、操作简便、成本低等优点的可广泛应用的新型VOCs传感器。
共价有机框架(COFs)是一种新兴多孔材料，其纳米级通道和空间为分子存储和释放提供了环境，而较大的比表面积有利于催化和传感应用。所具有的特性使它能够在光电、催化、吸附、环境、储能、医药等领域中得到应用。近十年见证了光学传感器与各种传感材料的快速发展，包括有机小分子、金属-有机复合物、共轭聚合物和结晶多孔材料。特别是具有聚集诱导发射(AIE)机制的荧光传感器已经获得了在基础研究和应用研究中都受到了极大的关注，因为它们允许使用不同浓度的染料溶液进行化学传感，并能够利用发光聚集开发开启传感器。此外，AIE化学传感器的开启特性提供了更高的灵敏度和准确度均高于聚合引起的猝灭(ACQ)对应物。四苯乙烯是一种典型的AIE荧光剂，其分子内运动可以通过与分析物的分子相互作用来限制，因此基于四苯乙烯构建单元的COFs材料可以通过AIE机制通过特定的荧光发射来识别不同大小的各种VOCs，提供响应性开启荧光，可以用于VOCs的化学传感。
发明内容
本发明提供了一种具有聚集诱导发光(AIE)效应的共价有机框架化合物及其制备方法与应用，该荧光共价有机框架化合物具有高结晶性和特异性的孔隙结构，在VOCs的化学传感方面具有良好的应用。
本发明的技术方案如下：
一种具有AIE(聚集诱导发光)效应的共价有机框架化合物，由二苯并[g,d]稠二萘类四连接节点(I)和四苯乙烯类二连接节点(II)在二维平面相互连接形成；在所述共价有机框架化合物的至少一部分中，每个四苯乙烯类二连接节点分别与相邻的2个二苯并[g,d]稠二萘类四连接节点连接，每个二苯并[g,d]稠二萘类四连接节点分别与相邻的4个四苯乙烯类二连接节点连接，构成二维kgm拓扑结构；
Figure BDA0003627325950000011
式(I)、(II)中，虚线代表连接位点。
所述具有AIE效应的共价有机框架化合物的至少一部分中，二苯并[g,d]稠二萘类四连接节点和四苯乙烯类二连接节点的摩尔数之比为(0.5～1.5)：(1.5～2.5)，优选为1：2。
所述具有AIE效应的共价有机框架化合物的连接基团含有动态共价键，连接方式选自-C＝N-、-C＝N-N＝C-、-C＝N-NH-、-C＝C-、-C＝C(CN)-中的一种，优选为-C＝N-。
当连接方式为-C＝N-时，所述具有AIE效应的共价有机框架化合物包括式(III)所示骨架单元：
Figure BDA0003627325950000021
所述具有AIE效应的共价有机框架化合物的BET比表面积为40～4000m2/g，孔径为0.6～6.0nm。
一种具有AIE效应的共价有机框架化合物的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、将化合物(2)、化合物(1)、反应溶剂及催化剂加入到反应容器中，液氮冷冻后抽真空并密封；
所述化合物(1)、化合物(2)的物质的量之比为1：2；
所述反应溶剂为邻二氯苯与乙醇体积比1：1～5：1的混合溶剂，优选邻二氯苯与乙醇体积比1：1的混合溶剂；反应溶剂的体积用量以化合物(2)的物质的量计为20mL/mmol；
所述催化剂为6～9mol/L醋酸，优选6mol/L醋酸；催化剂为反应溶剂体积的10～20％；
步骤二、将密封后的反应容器置于80～180℃(优选120℃)下反应72～168h(优选72h)，生成固态沉淀；
步骤三、冷却至室温并过滤得到沉淀物，用有机溶剂浸泡洗涤并干燥后得到所述具有AIE效应的共价有机框架化合物；
所述用有机溶剂浸泡洗涤的方法为：用N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、丙酮中的两种或三种依次洗涤，然后用四氢呋喃和丙酮分别索氏提取24～48h；
所述干燥的方法为：在真空干燥箱中，80℃下抽真空至20mTorr后干燥24h；
Figure BDA0003627325950000031
式(1)、(2)中，
X1为醛基(-CHO)或氨基(-NH2)，X2为醛基(-CHO)或氨基(-NH2)；
优选X1为氨基(-NH2)，X2为醛基(-CHO)。
本发明所述具有AIE效应的共价有机框架化合物可应用于制备VOCs的化学传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种新型的具有聚集诱导发光效应的共价有机框架化合物的设计策略，通过[4+2]亚胺缩合得到有序扩展的二维kgm拓扑结构框架化合物。该共价有机框架化合物具有高度的结晶性和独特孔隙结构，其含有柔性四苯基乙烯(TPE)部分作为分子转子，使得这种新的共价有机框架化合物可有效地检测挥发性有机化合物(VOCs)，在荧光传感领域具有好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1中具有AIE效应的共价有机框架化合物ZJUT-6的拓扑结构示意图。
图2为本发明实施例1中具有AIE效应的共价有机框架化合物ZJUT-6的合成示意图。
图3为本发明实施例1中具有AIE效应的共价有机框架化合物ZJUT-6的粉末X-射线(PXRD)测试谱图和模拟谱图。
图4为本发明实施例1中具有AIE效应的共价有机框架化合物ZJUT-6的红外(FT-IR)光谱图。
图5为实施例1制备的ZJUT-6丙酮悬浮液在各种VOCs溶液中的荧光发射光谱。
具体实施方式
以下结合实施例和附图，对本发明的目的、技术方案及优点做进一步的详细说明，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释，而不用于限定本发明。
实施例1
具有聚集诱导发光(AIE)效应的共价有机框架化合物(称为ZJUT-6，ZJUT＝浙江工业大学)的制备方法包括以下步骤：
合成示意图见图2，将2,7,10,15-四(4-氨基苯)-二苯并[g,d]稠二萘(TPTBN)(34.6mg,0.05mmol)和(E)-4,4'-(1,2-二苯基乙烯-1,2-二基)二苯甲醛(TPE-2H2O)(38.8mg,0.10mmol)加入邻二氯苯(1.0mL)和乙醇(1.0mL)的混合反应溶剂中，在安培瓶内超声分散均匀，得到橙黄色浑浊溶液。将6M乙酸(0.20mL)作为催化剂加入安培瓶中。在液氮浴中在77K速冻，并通过冷冻-抽真空-解冻，循环三次脱气，然后密封。安培瓶置于120℃烘箱中恒温静置3天，反应结束后冷却至室温并过滤收集到黄色固体。将收集的固体依次用N,N-二甲基乙酰胺(3×10mL)和丙酮(3×10mL)洗涤。将固体用四氢呋喃和丙酮索氏提取48h后，在80℃下真空干燥24h，得到的ZJUT-6为黄色粉末。
产物表征与性能测试
参阅图3，粉末X-射线PXRD测量表面ZJUT-6在2theta：1.67，3.29，4.25和4.77处均出现衍射峰峰，利用Materials Studio软件对其结构进行模拟，解析了ZJUT-6的晶体结构，所对应的二维kgm拓扑结构产生的模拟PXRD图案与实验PXRD图案匹配良好，证明了结构的正确性。
参阅图4，傅里叶变换红外(FT-IR)光谱测试，对合成所需相关单体与对应产物ZJUT-6的红外光谱图对比，ZJUT-6在1621cm-1处产生了C＝N键的特征拉伸震动，证明了ZJUT-6的成功合成。
参阅图5，298K下，将2mg ZJUT-6超声分散于3mL丙酮溶液中形成悬浮液，之后于悬浮液中分别加入0.5mL各种VOCs溶液中，并利用荧光光谱仪(F-4600)在298K和365nm激发波长测试其荧光发射光谱，荧光光谱显示ZJUT-6在遇到含苯类VOCs如三甲苯，间二甲苯，邻二甲苯、甲苯等均表现出聚集诱导发光(AIE)效应。
以上所述实施例仅表达了本发明的较优实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。所述实施例的各技术特征可进行任意组合，为了表述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，但只要所涉及的这些组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干修改和变化，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种具有AIE效应的共价有机框架化合物，其特征在于，由二苯并[g,d]稠二萘类四连接节点(I)和四苯乙烯类二连接节点(II)在二维平面相互连接形成；在所述共价有机框架化合物的至少一部分中，每个四苯乙烯类二连接节点分别与相邻的2个二苯并[g,d]稠二萘类四连接节点连接，每个二苯并[g,d]稠二萘类四连接节点分别与相邻的4个四苯乙烯类二连接节点连接，所述AIE效应的共价有机框架化合物的连接基团含有动态共价键-C＝N-，构成二维kgm拓扑结构；
Figure FDA0004059250430000011
式(I)、(II)中，虚线代表连接位点。
2.如权利要求1所述的具有AIE效应的共价有机框架化合物，其特征在于，所述具有AIE效应的共价有机框架化合物的至少一部分中，二苯并[g,d]稠二萘类四连接节点和四苯乙烯类二连接节点的摩尔数之比为(0.5～1.5)：(1.5～2.5)。
3.如权利要求1所述的具有AIE效应的共价有机框架化合物，其特征在于，当连接方式为-C＝N-时，所述具有AIE效应的共价有机框架化合物包括式(III)所示骨架单元：
Figure FDA0004059250430000012
4.如权利要求1所述的具有AIE效应的共价有机框架化合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、将化合物(2)、化合物(1)、反应溶剂及催化剂加入到反应容器中，液氮冷冻后抽真空并密封；
所述反应溶剂为邻二氯苯与乙醇体积比1：1～5：1的混合溶剂；
所述催化剂为6～9mol/L醋酸；
步骤二、将密封后的反应容器置于80～180℃下反应72～168h，生成固态沉淀；
步骤三、冷却至室温并过滤得到沉淀物，用有机溶剂浸泡洗涤并干燥后得到所述具有AIE效应的共价有机框架化合物；
Figure FDA0004059250430000021
式(1)、(2)中，
X1为醛基或氨基，X2为醛基或氨基。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤一中所述化合物(1)、化合物(2)的物质的量之比为1：2。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤一中所述反应溶剂的体积用量以化合物(2)的物质的量计为20mL/mmol。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤一中所述催化剂为反应溶剂体积的10～20％。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述式(1)、(2)中，X1为氨基，X2为醛基。
9.如权利要求1所述的具有AIE效应的共价有机框架化合物在制备VOCs的化学传感器中的应用。
CN202210480273.5A 2022-05-05 2022-05-05 一种具有聚集诱导发光效应的共价有机框架化合物及其制备与应用 Active CN114790299B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210480273.5A CN114790299B (zh) 2022-05-05 2022-05-05 一种具有聚集诱导发光效应的共价有机框架化合物及其制备与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210480273.5A CN114790299B (zh) 2022-05-05 2022-05-05 一种具有聚集诱导发光效应的共价有机框架化合物及其制备与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114790299A CN114790299A (zh) 2022-07-26
CN114790299B true CN114790299B (zh) 2023-03-31

Family

ID=82462409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210480273.5A Active CN114790299B (zh) 2022-05-05 2022-05-05 一种具有聚集诱导发光效应的共价有机框架化合物及其制备与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114790299B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103788940B (zh) * 2012-11-02 2015-07-15 国家纳米科学中心 聚集诱导发光荧光分子及其制备方法和荧光染料组合物以及它们在线粒体染色中的应用
CN107245148B (zh) * 2017-05-22 2020-11-10 中山大学 三维多孔超分子有机骨架材料及其制备方法和应用
CN109438722A (zh) * 2018-08-08 2019-03-08 江苏科技大学 基于锰基发光金属有机骨架材料及其制备方法和应用
CN111205478B (zh) * 2020-03-04 2021-04-13 清华大学 三维共价有机框架化合物及其制备方法，以及其应用
CN112280053B (zh) * 2020-09-30 2022-02-18 中南大学 基于笼状分子砌块的二维COFs纳米片及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114790299A (zh) 2022-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Feng et al. Terbium-based metal-organic frameworks: Highly selective and fast respond sensor for styrene detection and construction of molecular logic gate
Cao et al. Continuous multi-channel sensing of volatile acid and organic amine gases using a fluorescent self-assembly system
CN103304779B (zh) 一种聚咔唑聚合物及其制备方法和应用
Geng et al. Synthesis of tetraphenylethylene-based fluorescent conjugated microporous polymers for fluorescent sensing and adsorbing iodine
Meher et al. Recent development of the fluorescence-based detection of volatile organic compounds: a mechanistic overview
CN102627776A (zh) 一种基于超支化共轭聚合物的手性荧光纳米粒子的制备方法
Yu et al. Novel Eu-MOF-based mixed matrix membranes and 1D Eu-MOF-based ratiometric fluorescent sensor for the detection of metronidazole and PA in water
Fan et al. Forming a water-soluble supramolecular polymer and an AIEE hydrogel: two novel approaches for highly sensitive detection and efficient adsorption of aldehydes
CN109796613B (zh) 氟离子显色传感聚酰亚胺薄膜及其制备方法与应用
CN108947766B (zh) 一种含氟四苯基乙烯化合物及其制备方法和用途
Acikbas et al. Fabrication of Langmuir–Blodgett thin film for organic vapor detection using a novel N, N′-dicyclohexyl-3, 4: 9, 10-perylenebis (dicarboximide)
CN114790299B (zh) 一种具有聚集诱导发光效应的共价有机框架化合物及其制备与应用
CN114591512B (zh) 一种功能化锆基金属有机笼及其制备方法和应用
Li et al. Octa [4‐(9‐carbazolyl) phenyl] silsesquioxane‐based porous material for dyes adsorption and sensing of nitroaromatic compounds
CN106866907B (zh) 一种双席夫碱荧光聚合物的制备方法及应用
CN113292690B (zh) 吩噁嗪二维共价有机框架材料及其制备方法与应用
Shan et al. Fluorescent nanofiber film based on a simple organogelator for highly efficient detection of TFA vapour
Král et al. New chiral porphyrin–brucine gelator characterized by methods of circular dichroism
CN113912803A (zh) 一种湿度敏感型共价有机框架及其制备方法
CN110143943B (zh) 一种钡基配合物及其制备方法和在荧光识别领域的应用
CN111205856B (zh) 灵敏性和选择性检测苯系物的荧光材料及其制备方法和应用
Zhang et al. A luminescent coordination polymer for selective, sensitive, and recyclable sensing of nitrobenzene in aqueous solution
CN107991349B (zh) 一种应用于电阻式气体传感器的导电金属有机骨架材料
CN112661922B (zh) 四苯基乙烯荧光多孔聚缩醛胺、制备方法及应用
CN110437466B (zh) 一种主客体络合的超分子聚合物网状凝胶及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant