基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物、有机纳米晶体材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物、有机纳米晶体材料及制备方法和应用，该化合物是由螺芴氧杂蒽基团和咔唑基团组成的同分异构体分子，结构式如下：

Compounds, organic nanocrystalline materials, preparation methods and applications of bilaterally substituted carbazole based on spirofluorene oxaanthracene

【技术实现步骤摘要】
基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物、有机纳米晶体材料及制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种基于螺芴氧杂蒽(SFX)分子和咔唑(Cz)分子合成的化合物及由该化合物制备的有机纳米材料。
技术介绍
有机光电材料在世界当前光电子产业中逐步成为了愈发重要的角色，为了进一步研究该类材料的光电性质，研究人员通过分子间相互作用使其聚集成为有序堆叠的晶体结构。有机纳晶是由于分子有序堆叠产生，因此它相比于分子具有更好的光电性质，如优良的电荷传输特性和光波导等，且由于这个组装过程很容易被外力左右，因此可以通过调节外界环境控制分子的堆积来调控它们的纳米形貌，即控制晶体的结构，形貌和尺寸的大小。目前，对于有机纳米晶体形貌的精确调控在纳米材料研究领域中引起了广泛的关注。到目前为止，有报道通过将不同的纳米晶体材料作为对比材料制备光电器件，例如基于一维纳米线和纳米棒的单晶场效应晶体管，来讨论不同堆积方式的纳米材料的光电性质，但是纳米形貌的精确调控手段仍然比较缺乏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物、有机纳米晶体材料及制备方法和应用，以实现二维菱形结构的纳米片到一维棒状结构的纳米棒的形貌转变。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物，其是由螺芴氧杂蒽基团和咔唑基团组成的同分异构体分子，结构式如下：一种基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物的合成方法，包括以下步骤：(1)取干燥的反应容器，加搅拌子，并将反应容器与冷凝管连接；(2)将2,7-双溴螺芴氧杂蒽(2,7-DBrSFX)，咔唑(Cz)作为反应原料、18-冠醚-6(18-Crown-6)作为配体，碘化亚铜(CuI)作为催化剂，碳酸钾(K2CO3)作为碱，加入反应容器；(3)将反应容器和冷凝管抽真空后，通入氮气保护，并在反应容器中加入1,2-二氯苯；(4)将反应容器置于黑暗条件下，向冷凝管通入冷凝水；(5)将反应容器置于油浴中进行反应，油浴温度为180℃，加热回流24h，然后停止反应；(6)用二氯甲烷萃取反应得到的混合物，然后通过柱色谱纯化，得到所述基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物。一种基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的有机纳米晶体材料，其是上述的基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物通过添加有表面活性剂制成。优选的，所述表面活性剂为为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)。优选的，所述有机纳米材料的有机纳米晶形貌随着化合物浓度的降低，纳晶形貌从二维片状结构转变为一维棒状结构；其中，二维片状纳晶的厚度为60-100纳米，边长为1.2-1.5微米，一维棒状纳晶的直径为0.2-0.3微米，长度为2-4微米。一种基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的有机纳米晶体材料的制备方法，包括以下步骤(1)将表面活性剂溶解于水中，配制为表面活性剂溶液，其中，表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物；(2)将基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物溶于四氢呋喃中，后将其迅速于1-2秒内注入到表面活性剂的水溶液中，加入搅拌子搅拌5分钟；(3)搅拌完成后，将混合溶液放置在室温环境下静置，得到完全生长的纳米晶体材料，后通过离心洗涤的方法清洗表面活性剂，得到所述有机纳米晶体材料。优选的，所述步骤(1)中，表面活性剂溶液的浓度为2mg/mL。优选的，所述步骤(2)中，表面活性剂溶液与四氢呋喃、基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物的质量体积比为5mL：1-3mL：0.1mg；通过调节四氢呋喃的用量来调节最终产物有机纳米晶体材料的形貌。优选的，所述步骤(3)中，静置时间为30h；离心洗涤的转速不超过5000r/min。本专利技术的基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的有机纳米晶体材料能够应用于有机半导体器件中。有益效果：本专利技术设计并合成了一种基于螺芴氧杂蒽(SFX)2’,7’位双边取代咔唑(Cz)的化合物，并利用重沉淀方法制备纳米晶体材料，通过调控化合物在结晶过程中的过饱和度来实现纳米晶体形貌的精确控制，实现了二维菱形结构的纳米片到一维棒状结构的纳米棒的形貌转变。与现有技术相比，具有如下有点：1.本专利技术首次合成了螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑的有机化合物，本专利技术基于一锅法合成SFX的合成方法合成螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑的有机化合物。2.本专利技术提供了一种基于螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑的有机纳米晶体材料。本专利技术制备纳米晶体采用了经典的重沉淀法，具有低成本，易操作的特点。3.本专利技术制备的纳米晶体，其形貌随着化合物浓度的降低，从片状结构转变为棒状结构，实现了纳米结构的可控制备。4.本专利技术说明该材料的分子结构和分子聚集方式决定该材料的光学性质，说明该类材料在光电器件中具有较好的发展前景。附图说明图1为本专利技术所述的基于螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑分子的氢谱及碳谱表征图；图2为本专利技术所述的基于螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑分子的碳谱及碳谱表征图；图3为本专利技术所述合成的的基于螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑分子的质谱图；图4a和图4b为本专利技术所述的基于螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑的两种纳米晶体结构示意图；图5为本专利技术所述的基于螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑的纳米晶体随着化合物浓度的不同所表现出的形貌变化；图6为本专利技术所述的基于螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑的两种纳米晶体悬浮液和分子稀溶液的光致发光(PL)图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。本专利技术提供一种基于螺芴氧杂蒽(SFX)分子和咔唑(Cz)分子合成的化合物，其具体为螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑的化合物，结构式如下：本专利技术提供的基于螺芴氧杂蒽2’,7’位双边取代咔唑的有机纳米材料，是由由化合物SFX-2’,7’-DCz添加有表面活性剂后制备。该表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)。本专利技术所述有机纳米材料形貌有两种，分别为二维片状四边形纳米片和一维纳米棒结构；其中，根据化合物浓度的变化，纳米晶体形貌可由片状结构变化为棒状结构。其中二维片状纳晶的厚度为60-100纳米，边长为1.2-1.5微米之间，一维棒状纳晶的直径为0.2-0.3微米左右长度在2-4微米之间。本专利技术采用经典的重沉淀法，以SFX-2’,7’-DCz作为目标化合物，不良溶剂选用水，良溶剂选用四氢呋喃(THF)，在表面活性剂的辅助下，制备出纳米形貌。该有机纳米晶体材料在以下条件下获得：以SFX-2’,7’-DCz作为目标化合物，将1mg目标化合物完全溶解于10mL四氢呋喃中，然后取1ml溶液将其迅速注入到5mL的浓度为2mg/mL的表面活性剂P123水溶液中。混合溶液中加入磁子搅拌3-5分钟，后放置入室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物，其特征在于：其是由螺芴氧杂蒽基团和咔唑基团组成的同分异构体分子，结构式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物，其特征在于：其是由螺芴氧杂蒽基团和咔唑基团组成的同分异构体分子，结构式如下：





2.一种权利要求1所述的基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取干燥的反应容器，加搅拌子，并将反应容器与冷凝管连接；
(2)将2,7-双溴螺芴氧杂蒽，咔唑作为反应原料、18-冠醚-6作为配体，碘化亚铜作为催化剂，碳酸钾作为碱，加入反应容器；
(3)将反应容器和冷凝管抽真空后，通入氮气保护，并在反应容器中加入1,2-二氯苯作为溶剂；
(4)将反应容器置于黑暗条件下，向冷凝管通入冷凝水；
(5)将反应容器置于油浴中进行反应，油浴温度为180℃，加热回流24h，然后停止反应；
(6)用二氯甲烷萃取反应得到的混合物，然后通过柱色谱纯化，得到所述基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的化合物。


3.一种基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的有机纳米晶体材料，其特征在于：其是由权利要求1所述的化合物通过添加有表面活性剂制成。


4.根据权利要求3所述的基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的有机纳米晶体材料，其特征在于：所述表面活性剂为为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物。


5.根据权利要求3所述的基于螺芴氧杂蒽双边取代咔唑的有机纳米晶体材料，其特征在于：所述有机纳米材料的有机纳米晶形貌随着化合物浓度的降低，纳晶形貌从二维片状结构转变为一维棒状结构；其中，二维片状纳晶的厚度为60-100纳米，边长为1.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：解令海，郭栋，周扬，汪莎莎，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32