CN114835756B - 基于三环己基膦结构的锰(ii)配合物、其合成方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于三环己基膦结构的锰(II)配合物、其合成方法及其应用。首先通过离子化得到有机阳离子，然后将其与溴化锰结合形成离子型的锰(II)配合物。这类锰(II)配合物可以通过在合成时改变其有机阳离子种类或金属锰中心构型，进而实现对其光物理性质的调控。作为具有广阔前景的廉价金属发光材料，金属有机卤化锰材料有着成本低、毒性小、储量丰富、发光性能优越等一系列优点，并被应用于信息储存及加密、有机电致发光、传感器以及闪烁体等多个领域。
Description
技术领域
本发明属于光致发光材料技术领域，主要涉及基于三环己基膦结构的锰(II)配合物、其合成方法，以及将所述的锰(II)配合物作为辐射成像及检测中闪烁体的应用。
背景技术
辐射成像以及辐射探测器件被广泛应用于医学成像、安检、科学研究、太空探索等多个领域，根据检测机理的不同分为直接检测和间接检测。闪烁体作为间接检测的重要组成部分，能够将高能射线转化为低能可见光。最后由光电二极管将光信号转化为电信号，从而实现探测器对高能射线的检测。目前常见的商用闪烁体主要为高温下合成的无机闪烁体，如NaI:Tl、CsI:Tl和锗酸铋(Bi4Ge3O12)已经成功地应用于X射线成像，其合成成本高昂且一般传统闪烁体无法在可见光波长内进行调谐，所以对可在低温下合成、低成本、无毒害且有优秀闪烁性能闪烁体的研究是有必要的。
金属卤化物配合物与X射线闪烁体的性能要求很好地匹配，包括金属对X射线的阻挡能力、较大的斯托克斯位移、高荧光效率等等，都显示其是非常有潜力的X射线闪烁材料。以Mn(II)为基的金属卤化物配合物具有合成路线简单、稳定性高、价格低廉、毒性较低等特点。通常来说四配位的锰(II)化合物呈现绿光发射，六配位的锰(II)化合物呈现橙红光发射。不仅如此，锰配合物还如大多金属卤化物配合物一样，随阳离子种类不同而呈现发光性能的多样性。
因此，目前锰配合物的研究还有待进一步拓展：一些创新型结构和发光材料体系还待丰富、多发射等发光现象还未有成熟的解释，应用于闪烁体领域更是有待探索。
发明内容
本发明的目的在于设计并合成一类基于三环己基膦结构的有机卤化锰配合物，并对其发光特性与结构间的关系，和其在闪烁体领域方面的应用展开探索。
发明人设计并合成了一系列结构以三环己基膦为基础的锰(II)配合物，在探讨其发光性质与结构中有机抗衡阳离子和锰中心构型关系的同时，再对其作为辐射检测成像中闪烁体的应用进行探索。
本发明的第一个目的是提供基于三环己基膦结构的锰(II)配合物，其通式如下：
其中，
A选自如下基团中的任意一种：
B选自如下基团中的任意一种：
本发明的第二个发明目的是提供基于三环己基膦结构的锰(II)配合物的合成方法。
从上述结构通式得知，以三环己基膦为配体结构基础的锰配合物，可以通过在合成过程中改变与三环己基膦质子化的集团A，和通过在反应过程中改变有机配体和卤化锰的配料比，进而得到了一系列结构中含不同种类的阳离子配体、金属锰中心构型的以三环己基膦结构为基础的锰配合物。采用“一锅法”合成制得，其合成路线如下所示：
所述的基于三环己基膦结构的锰(II)配合物的合成方法，包括如下步骤：
1)取三环己基膦与基团A的溴化物，加乙腈溶剂溶解后，再将该反应体系油浴加热至80℃后冷凝回流48h，得到三环己基膦与基团A结合质子化后的溴化物；其中，所述三环己基膦与基团A的溴化物的物质的量比为1:1；
2)在步骤1)制得的质子化后的溴化物中加入MnBr2，加甲醇溶剂混合搅拌溶解，充分反应后得到基于三环己基膦结构的锰(II)配合物；其中，所述质子化后的溴化物与MnBr2物质的量比为1:1或2:1。
质子化后的溴化物与MnBr2配料比不同，将直接影响所得到产物锰金属中心构型：
当质子化后的溴化物与MnBr2物质的量比为2:1时，可以制得常见的四溴化锰金属中心构型配合物；
当质子化后的溴化物与MnBr2物质的量比为1:1时，可以制得特别的二聚体锰金属中心构型配合物。
其中，步骤1)中基团A选自如下结构中的任意一种：
在本发明的一个优选实施方式中，所述步骤1)中，基团A的溴化物为溴化苄，所述步骤2)中质子化后的溴化物与MnBr2物质的量比为2:1，制得如下结构式所示的四溴化锰金属中心构型配合物；
在本发明的另一个优选实施方式中，所述步骤1)中，基团A的溴化物为溴化苄，所述步骤2)中质子化后的溴化物与MnBr2物质的量比为1:1，制得如下结构式所示的二聚体锰金属中心构型配合物；
本发明的第三个发明目的是提供基于三环己基膦结构的锰(II)配合物的应用。具体应用如下：
1)可将所述锰(II)配合物作为发光层，可以制备一系列高性能低成本的掺杂或非掺杂型OLED器件。
2)可将所述锰(II)配合物作为打印墨水，应用至打印甚至多重打印等方向，实现其在信息存储以及加密防伪等技术领域的发展。
3)可将所述锰(II)配合物材料应用到光电开关领域，在施加外界刺激时，实现“ON-OFF”态的转换。
4)由于其对X射线拥有良好的吸收响应能力，所以可应用为闪烁型辐射成像或辐射探测器中核心组成部件：闪烁体。作为辐射成像中的闪烁体荧光屏，具体可应用在安全检查、医学成像、质量检测等多个领域。
本发明提供的基于三环己基膦结构的锰(II)配合物及其制备方法，具有以下技术效果：
1、本发明的锰(II)配合物成本低成本、低毒性、性能环保；
2、本发明的锰(II)配合物合成方法简单、可大规模制备；另外从实施例2可以看出，本发明的方法能合成出多种锰中心构型的配合物，就是四卤化物和二聚体结构的锰中心构型，且有它们的单晶结构。并且在一定条件下能够实现两者的相互转换，进而实现其光致发光的变色。
3、本发明的锰(II)配合物发光性能优越；
4、本发明的锰(II)配合物在X射线激发下具有良好的响应能力，作为闪烁体有着广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1所述锰(II)配合物结构1的单晶结构示意图；
图2为实施例2所述锰(II)配合物结构2的单晶结构示意图；
图3为实施例2所述锰(II)配合物结构3的单晶结构示意图；
图4为实施例1、2所述锰(II)配合物结构1-3的归一化激发发射光谱；
图5为实施例2所述锰(II)配合物结构2、3的发射曲线对比光谱和光致发光颜色对比；
图6为实施例2所述锰(II)配合物结构2、3在不同剂量的X射线激发下的发射光谱；
图7为实施例2所述锰(II)配合物结构2、3对X射线线性响应性光谱；
图8为实施例6所述结构3锰(II)配合物制备的薄膜闪烁体和X射线成像图；
图9为实施例6所述中X射线成像装置的简单示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：结构1锰(II)配合物的合成
合成路线如下所示：
合成步骤：称量1g三环己基膦与0.43g的3-溴基-1-丙烯，将其混合放置于反应瓶中，加40ml乙腈溶剂充分溶解。将该反应体系油浴搅拌加热至80℃，并冷凝回流。反应48小时后得到1.43g质子化的有机阳离子配体的溴化物，将其进一步提纯后，将质子化的有机阳离子配体的溴化物与MnBr2·4H2O按照物质的量比为2:1进行混合，并加入40ml甲醇溶剂溶解，多次旋转蒸发除去反应体系内多余的水后，得到3.06g结构1的产物锰(II)配合物。
实施例2：结构2、3锰(II)配合物的合成
合成路线如下所示：
合成步骤：称量1g三环己基膦与0.61g溴化苄，将其混合放置于反应瓶中，加40ml乙腈溶剂充分溶解后，将该反应体系油浴搅拌加热至80℃，并冷凝回流。反应48小时后得到1.61g质子化的有机阳离子配体的溴化物，将其进一步提纯后，分别与物质的量比2:1和1:1的MnBr2·4H2O混合，并加入40ml的甲醇溶剂溶解，多次旋转蒸发除去反应体系内多余的水后，可以得到不同金属锰中心结构的产物锰(II)配合物，分别为结构2和结构3的锰(II)配合物。当质子化后的溴化物与MnBr2物质的量比为2:1时，得到结构2的锰(II)配合物。当质子化后的溴化物与MnBr2物质的量比为1:1时，得到结构3的锰(II)配合物。
图1为实施例1所述锰(II)配合物结构1的单晶结构示意图；
图2为实施例2所述锰(II)配合物结构2的单晶结构示意图；
图3为实施例2所述锰(II)配合物结构3的单晶结构示意图；
单晶结构是用X射线单晶衍射仪(Single Crystal X-ray Diffractometer)测得的，型号为Bruker D8 Quest。
从图1-3可以看出合成得到的产物单晶结构，可以证明得到的产物与反应路线的目标配合物结构一致。
实施例3：结构1、2、3锰(II)配合物光物理性质的测试
将结构1、2、3的产物晶体分别放置于不同编号的石英管制样后，使用日立F-4600荧光分光光度计测得了结构1-3锰(II)配合物晶体的归一化激发-发射光谱，如图4所示。结构1、2的锰(II)配合物发射曲线峰分别在524nm、516nm处，为绿色发光。结构3的发射曲线峰在565nm处，为黄绿色发光。
实施例4：结构2、3锰(II)配合物光致发光变色现象
将结构2、3的产物单晶置于干燥的室温环境下，在对绿色发光的结构2锰配合物缓慢加热过程中，发明人观察到其在激发光的照射下发光颜色逐渐由绿色转为黄色；而又对黄绿色的晶体熏蒸乙醇蒸汽过程中，在激发光的照射下其发光颜色又由黄色逐渐转化为绿色。发明人对得到黄色晶体进行单晶结构的测试后，得到图3所示的结构3锰配合物的单晶结构。发明人可以发现其金属锰中心构型是一种特殊的二聚体结构，这也是导致其发光颜色发生变化的原因。并且发明人从图5结构2、3锰配合物的发射光谱中可以得知，其发光颜色转变过程中，发射波长峰位移了约50nm。这是发明人首次观察到的一种特殊的锰配合物光致变色现象。
实施例5：结构2、3锰(II)配合物作为闪烁体的性能测试
将结构2、3的锰配合物晶体制样后，使用爱丁堡瞬态/稳态荧光光谱仪(FL-920)对样品进行响应性的检测，并且使用Mini-X2射线管对样品进行激发，从而实现对其进行X射线激发响应曲线的测试。如图6、7所示，不同衰减程度的X射线在照射至结构2、3的锰配合物时，其呈现着良好的线性响应度，所以使其在不同能量的X射线激发下，有着比较好的能量分辨率。
实施例6：结构3锰(II)配合物作为闪烁体荧光屏在X射线成像方面的应用
选用PMMA与甲苯溶剂混合后，超声处理使PMMA完全溶解后得到高聚物溶液。然后，将结构3的锰(II)配合物晶体研磨后添加至该高聚物溶液中，高温超声处理使其溶解。将得到的混合溶液滴涂至载物台或载玻片上，自然风干后得到薄膜闪烁体，其在紫外灯或X射线激发下呈现黄绿色发光。如图8所示，左图为结构3的锰(II)配合物制作成的闪烁体薄膜，其作为X射线成像的荧光屏，由于物质对X射线吸收能力的不同，且X射线具有很强的穿透能力，导致穿过不同物质的X射线的衰减程度不同。在如图9所示约为6lp mm-1左右，呈现出其作为闪烁体荧光屏具有良好成像分辨率。有机卤化锰配合物作为闪烁体的应用有着低毒性、低成本、可在柔性基底上大规模生产等优点。目前锰配合物在闪烁体领域还有待广泛探索，这也代表着其作为新型闪烁体有着广阔的前景。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.基于三环己基膦结构的锰(II)配合物的合成方法，其特征在于，
所述的基于三环己基膦结构的锰(II)配合物，其通式如下：
其中，
A选自如下基团中的任意一种：
B选自如下基团中的任意一种：
所述的合成采用一锅法合成制得，合成路线如下所示：
所述的基于三环己基膦结构的锰(II)配合物的合成方法，包括如下步骤：
1)取三环己基膦与基团A的溴化物，加乙腈溶剂溶解后，再将该反应体系油浴加热至80℃后冷凝回流48h，得到三环己基膦与基团A结合质子化后的溴化物；其中，所述三环己基膦与基团A的溴化物的物质的量比为1:1；
2)在步骤1)制得的质子化后的溴化物中加入MnBr2，加甲醇溶剂混合搅拌溶解，充分反应后得到基于三环己基膦结构的锰(II)配合物；其中，所述质子化后的溴化物与MnBr2物质的量比为1:1或2:1；
所述步骤1)中基团A选自如下结构中的任意一种：
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤1)中，基团A的溴化物为溴化苄，所述步骤2)中质子化后的溴化物与MnBr2物质的量比为2:1，制得如下结构式所示的四溴化锰金属中心构型配合物；
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤1)中，基团A的溴化物为溴化苄，所述步骤2)中质子化后的溴化物与MnBr2物质的量比为1:1，制得如下结构式所示的四溴化锰金属中心构型配合物；
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