局部J-耦合染料沸石天线复合材料制造技术

一种载有染料的沸石复合材料包含多个沸石晶体，所述晶体中的每一个均具有在近极面和远极面之间延伸的、多个直通的均匀通道，并具有平行于纵向晶体轴A的通道轴和横向于纵向晶体轴A的通道宽度。每个通道均含有染料分子的基本上线性的排列，所述染料分子包括具有细长形状、纵向延伸超过所述通道宽度且横向延伸不超过所述通道宽度的第一染料分子和第二染料分子。每一个染料分子均由设置于一对末端部分之间的生色团部分所组成，其中：所述第一染料分子和所述第二染料分子的所述生色团部分基本上相同，所述第一染料分子的末端部分的横向延伸大于所述通道宽度的一半，所述第二染料分子的末端部分的横向延伸小于所述通道宽度的一半，所述染料分子的所述线性排列包含至少一对彼此相邻的第二染料分子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】局部J-耦合染料沸石天线复合材料专利
本专利技术涉及光学材料和装置的
。特别地，本专利技术涉及染料-沸石复合材料；本专利技术还涉及颜料材料、发光光学装置、发光集中器、反向发光集中器、变色介质、光学传感器装置、发光装置和光子捕获装置、生物细胞或病毒的成像以及在体外和体内诊断中的用途，所有前述内容均包含载有染料的沸石复合材料。专利技术背景具有纳米通道的组件(assemblies)、聚合物、晶体、和生物结构已被研究了几十年。纳米通道材料的实例是沸石、沸石型、环糊精、基于尿素的组件、介孔二氧化硅材料、胶原、金属有机架构、以及有机通道、碳通道和金属氧化物通道。所有这些均在一定程度上作为分子、复合物、离子或原子簇(cluster)的主体(host)被研究。一维(ID)纳米通道具有的特性最近吸引了相当多的注意力。我们如下区别几种类型的ID通道:单行(single file)、有序组装、无定形、“半结晶”和结晶。ID通道的共同特征在于，它们仅有2个入口。因此通道可以两端均开放、一端堵塞、或者两端均堵塞。该堵塞可以是隔离的，或者其可以是部分的，允许电子、光子或小分子通过，但阻塞较大物体。具有六方结构的沸石是有趣的具有ID通道的材料，其中沸石L(ZL)对于制备强发光的有机-无机染料-沸石杂化材料而言是尤其重要的。(US7914702 ；G.Calzaferri等人:Mimickingthe Antenna system of Green Plants,Photochem.Photobiol.Sc1., 2008, 7, 879 ；D.Briihwiler 等人:Nanochannels for Supramolecular Organization of LuminescentGuests,J.Mater.Chem.，2009，19，8040 ；EP18732002, US7655300 ；W02008/052603,PCT/EP2007/005811, Chinall28455 ;G.Calzaferri 等人:Designing Dye Nanochannel AntennaHybrid Materials for Light Harvesting, Transport and Trapping, ChemPhysChem, 2011，12，580。)根据IUPAC命名法，传统沸石是具有微孔结构的硅铝酸盐结晶矿物，但其实际上是纳米孔(nanoporous)的。它们的“开放”结构可以容纳各种各样的分子、离子和原子簇。因此沸石通常被称为“分子筛”。术语分子筛是指沸石的特性，即，它们主要基于尺寸排阻方法选择性地挑选分子的能力。该尺寸排阻方法是由于分子尺寸的高度规则的孔结构。可进入沸石的孔的分子或离子物质的最大尺寸是由沸石内的通道直径控制的。这些通道惯常上由孔的环尺寸定义，其中，例如术语“12-环”是指由12个四面体配位的硅或铝原子和12个氧原子构建的闭环。ZL晶体具有六方结构，其可以制成尺寸为30nm至最高约1000Onm并具有不同形态如细长的、筒型、和圆盘形晶体。直径为600nm的ZL晶体由大致100000个完全平行的通道构成，而通道开口直径为0.7Inm且最大内径为1.24nm，该通道可以填充例如染料分子。ZeoFRETli (Zeo =沸石,FRET =突光共振能量转移(F6l'Stei* Resonance EnergyTransfer)) 纳米通道-材料是具有光子天线功能的高度有序的染料-沸石包合化合物。在高局部浓度的染料分子吸收入射光后，能量由FRET输送到受体A。高的供体与受体(D:A)比和多供体体系有希望在发光集中器(LC)和发光太阳能集中器(LSC) (W02010/009560)中作为活性物种。因此，高D:A比提供了减少自吸收(也称为内滤效应)而维持有效捕光的可能性。我们已合成了具有不同D:A比、根据该理念的ZeoFRET?.材料。在一个实例中，ZL的一个通道在每个通道端部处含有大致150个供体染料和平均1.5个受体染料(G.Calzaferri 等人:Designing Dye-Nanochannel Antenna Hybrid Materials for LightHarvesting, Transport and Trapping, ChemPhysChem, 2011, 12, 580)。分子在通道内的堆积影响了材料性质。如果分子足够小，则所谓的H- 二聚物可以形成。该专利的焦点在于分子太大而通道太窄而不允许其发生。然而，所述分子可以仍然具有这样的尺寸和形状，以使它们可以足够接近，从而允许它们的电子跃迁偶极矩的耦合足够强，由此提高激态原子(excimer)态和激子态的重要性。因此,Davydov f禹合特征(本文中称为J-耦合)已被观察、研究并报导。J-耦合强度(我们将其缩写为Pc)可以如下计算:β c = AD.f.κ / ( Λ E.R3.η2)如果我们以cnT1表达β c，则常数AD的值等于1.615.KT18m2Cm'由激子耦合引起的相互作用Pc的量级，和因此所产生的能级分裂，取决于振子强度f、两个相邻电子跃迁矩的相对取向κ和相互作用的电子跃迁偶极矩之间的距离R。在目前情况下，κ的表达可以简化成κ = 1-3coS2(0)，其中Θ是在两个邻近的电子跃迁偶极矩之间的角，其值接近0°且总是小于40°。对感兴趣的材料，生色团电子跃迁矩的典型取向在图1中显示为双箭头。该距离通常等于所涉及的生色团中心之间的距离。还取决于电子激发能δε和环 境的折射指数n。(G.Calzaferri等人:Mimicking theAntenna System of Green Plants, Photochem.Photobiol.Sc1., 2008, 7, 879 ；M.Busby 等人:Time, Space and SpectrallyResolved Studies on J-Aggregate Interactions inZeolite-L Nanochannels, J.Am.Chem.Soc., 2008, 130, 10970 ；M.Busby 等人！Interactionsof perylene Bisimide in the One Dimensional Channels of Zeolite L, J.Phys.Chem.C, 2011，115，5974 ；UK15 0812218.6，US2010/0003188)。高D:A比是ZeoFRETx'.材料有效捕光所需要的，其技术用途已描述于以上给出的参考文献中。供体D在比受体A更短的波长下吸收光。为了将材料的光吸收移到较长的波长，供体必须这样选择，以使它们在较长的波长处吸收，这意味着受体吸收波长必须相应地移动。只要ZeoFRET?的吸收波长阈值不大于550nm或600nm，这就不是一个重要问题。然而，这导致了在较长波长处的实际问题，吸收波长越移到较大的值如700nm、750nm、800nm、850nm、900nm或甚至950nm,该问题就越大。这些问题的原因之一是可获得的如下分子的量是有限的，该分子可充当好的受体、足够稳定、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种载有染料的沸石复合材料，其包含多个沸石晶体，所述晶体中的每一个均具有近极面和与其相对并基本上平行于所述近极面的远极面，所述晶体中的每一个均具有在所述近极面和所述远极面之间延伸的、多个直通的均匀通道，并具有平行于纵向晶体轴A的通道轴和横向于纵向晶体轴A的通道宽度，每个通道均具有位于所述近极面的近通道端和位于所述远极面的远通道端，所述通道含有染料分子的基本上线性的排列，所述染料分子中的每一个均具有细长形状，其纵向延伸超过所述通道宽度且横向延伸不超过所述通道宽度，所述染料分子的线性排列包含第一染料分子和第二染料分子，所述第一和第二染料分子中的每一个均由设置于一对末端部分之间的生色团部分组成，其特征在于：‑所述第一染料分子和所述第二染料分子的生色团部分基本上相同，‑所述第一染料分子的末端部分的横向延伸大于所述通道宽度的一半，‑所述第二染料分子的末端部分的横向延伸小于所述通道宽度的一半，‑所述染料分子的线性排列包含至少一对彼此相邻的第二染料分子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.12 EP 11193051.71.一种载有染料的沸石复合材料，其包含多个沸石晶体，所述晶体中的每一个均具有近极面和与其相对并基本上平行于所述近极面的远极面，所述晶体中的每一个均具有在所述近极面和所述远极面之间延伸的、多个直通的均匀通道，并具有平行于纵向晶体轴A的通道轴和横向于纵向晶体轴A的通道宽度，每个通道均具有位于所述近极面的近通道端和位于所述远极面的远通道端，所述通道含有染料分子的基本上线性的排列，所述染料分子中的每一个均具有细长形状，其纵向延伸超过所述通道宽度且横向延伸不超过所述通道宽度，所述染料分子的线性排列包含第一染料分子和第二染料分子，所述第一和第二染料分子中的每一个均由设置于一对末端部分之间的生色团部分组成，其特征在于: -所述第一染料分子和所述第二染料分子的生色团部分基本上相同， -所述第一染料分子的末端部分的横向延伸大于所述通道宽度的一半， -所述第二染料分子的末端部分的横向延伸小于所述通道宽度的一半， -所述染料分子的线性排列包含至少一对彼此相邻的第二染料分子。2.根据权利要求1所述的载有染料的沸石复合材料，其中所述第一染料分子的末端部分相同。3.根据权利要求1或2所述的载有染料的沸石复合材料，其中所述第二染料分子的末端部分相同。4.根据权利要求1至3中任一项所述的载有染料的沸石复合材料，其中所述第一染料与所述第二染料的摩 尔比为至少20。5.根据权利要求1至4中任一项所述的载有染料的沸石复合材料，其中所述染料分子的线性排列进一步包含第三染料分子，所述第三染料分子的电子激发能大于所述第一和第二染料分子的电子激发能。6.根据权利要求1至5中任一项所述的载有染料的沸石复合材料，其中所述通道端部设有封闭单元。7.根据权利要求6所述的载有染料的沸石复合材料，其中所述封闭单元由多个封闭分子形成，所述封闭分子具有细长形状并由头部分和尾部分组成，所述尾部分具有大于沿着纵向晶体轴的晶体晶胞的一个维度的纵向延伸，所述头部分具有大于所述通道宽度并且将阻止所述头部分穿透到通道中的横向延伸，所述通道是由封闭分子在所述通道的近端或远端以一般塞子状方式终止的，分别地，所述封...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉翁·卡尔扎费利，安德烈亚斯·昆兹曼，D·布吕维勒，
申请(专利权)人：吉翁·卡尔扎费利，安德烈亚斯·昆兹曼，苏黎士大学，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH