一种氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体及其制备方法和应用，所述分形晶体是由氰基取代的螺环芳烃分子十字堆积有序排列形成；SAHs被超分子作用基团取代，本身起到位阻的作用，对称取代的超分子作用基团引入对称且较强的超分子作用力，通过浓度和温度调控实现了SAHs晶体的分枝生长和尖端破裂，进而形成分形晶体，可作为光电材料广泛应用于光电器件中，且具有荧光发光稳定性。且具有荧光发光稳定性。且具有荧光发光稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于有机微纳晶材料
，具体涉及一种氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]几十亿年来，自然界呈现出无数具有分形形态的简单而复杂的化学结构，包括雪花、树叶、树枝、海岸线等。其中，雪花晶作为最常见的具有规则六边形分形晶体结构，已被广泛报道。分形结构是材料工程史上急需的重要里程碑，它不仅填补了整数维结构之间的缺失环节，而且为结构研究提供了极好的模型。分形晶体材料是由具有独特形貌的长周期有序单元组成的，在晶体工程中具有巨大的优势，在结构、分析、技术和理论等方面开辟了新的研究领域，使其成为基础研究和进一步应用的一个引人瞩目的研究目标。
[0003]分形结构兼具几何美学和研究模型意义，目前在表面化学、器件制造、电子、光电子和生物材料等领域具有广泛应用。在器件领域中，由于分形结构具有较大的比表面积以及复杂的表面结构，通过分形结构和功能基团的界面修饰，可调控界面的亲疏水性，可提高材料的光电性能及稳定性。
[0004]有机分子具有凝聚态的分子构型和构象，这对超分子间的相互作用、分子的堆积方式以及最终的晶体形态都有重要的影响。不同官能团在有机体系中的作用以及多个分子间相互作用的复杂相互作用还不清楚，这使得精确的形态预测变得困难。到目前为止，规则有机分子分形晶体尚未见报道，相应的晶体学理论尚属空白。
[0005]公开号为CN109651328A名称为芘基螺环芳烃类有机纳米晶体材料及其制备方法和应用的专利公开文件，公开了一种芘基螺环芳烃类有机纳米晶体材料，这种材料是由芘基螺环芳烃类化合物添加有表面活性剂制成，芘基螺环芳烃类化合物其是由螺环芳烃和芘两种基团所组成的分子，其中，螺环芳烃为螺芴、螺芴氧杂蒽或苯并螺芴氧杂蒽的一种；制备出的纳米结构形貌规则，尺寸均一，实现了一维到二维有机纳米结构的可控制备。上述专利文件中还记载到，这种芘基螺环芳烃类有机纳米晶体材料能够应用于有机半导体中，但是这种可控制备也仅限于一维到二维有机纳米结构，并非规则的分形结构。

技术实现思路

[0006]本专利技术通过类水型分子设计制成了一种氰基取代的螺环芳烃(SAHs)分形晶体材料，实现了类水型螺环芳烃的空间超分子位阻效应(SSH效应)不仅限于二维组装，而且可以形成更复杂微/纳米晶体的分子堆积模式、形貌。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体，是由具有类水型结构的氰基取代的螺环芳烃分子有序排列形成的十字堆积的分形晶体，所述氰基取代的螺环芳烃分子(TCN
‑
SFX)结构式如下所示：
[0009][0010]所述氰基取代的螺环芳烃分子是一种具有类水型结构的螺环芳烃单体分子，采用氰基取代的螺环芳烃分子，TCN
‑
SFX分子的在晶体中的分子构象以及分子排列方式其分子构型为十字交叉的两个平面共用一个中心碳原子的结构，氰基分别在2、7、3
’
、6
’
位取代；
[0011]所述分形晶体的X
‑
射线粉末衍射图谱在以下衍射角2θ处具有衍射峰：5.47，6.49，32.82，47.59，54.43，56.20。
[0012]基于类水型分子设计，如图1所示水分子结构及晶体中的分子堆积过程示意图，SAHs被超分子作用基团取代，本身起到位阻的作用，对称取代的超分子作用基团引入对称且较强的超分子作用力，通过进一步诱导形成十字堆积和形态；图2所示为本专利技术所述TCN
‑
SFX这种类水型分子设计及预测的分子堆积过程示意图。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体制备方法，基于重沉淀的制备方法，通过浓度和温度调控实现了SAHs晶体的分枝生长和尖端破裂，进而形成分形晶体；
[0014]将一定质量的TCN
‑
SFX溶解于有机溶剂中，配置成浓度为4
‑
16mM的TCN
‑
SFX溶液，将所述TCN
‑
SFX溶液注入剧烈搅拌的浓度为2
‑
4mg/mL阴离子表面活性剂水溶液中，TCN
‑
SFX溶液与阴离子表面活性剂水溶液的体积比为1:5，搅拌5
‑
10分钟，在40
‑
80℃的环境下静置24
‑
72h，可得到所述分形晶体。
[0015]优选的，所述有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、氯苯。
[0016]优选的，所述阴离子表面活性剂为SDS或十二烷基苯磺酸钠。
[0017]分析其构效关系，分子主要的堆积排列方向是[100]和[010]，其方向上均为氰基提供的一组四个氢键的强作用力，导致分子十字堆积的模式；在高温条件下，相较于其他超分子作用力，强氢键仍能保持住其组装优势且拉大差距，导致SAHs晶体的分枝生长和尖端破裂，进而形成分形晶体。
[0018]第三方面，本专利技术提供的氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体在光电材料中的应用，所述氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体，在激光激发下呈现蓝色发光，且相较于TCN
‑
SFX无定形薄膜和其他形貌的晶体，分形晶体具有较好的荧光发光稳定性。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]第一方面，本专利技术提供了一种类水型螺环芳烃分形晶体结构，分形晶体形貌为中心对称的十字分形结构，长度为50
±
10um、厚度为10
±
2um，该结构的分形维数为D
f
＝1.8353
±
0.1401。该晶体在激光辐照条件下，仍保持优秀的形貌稳定性及发光稳定性；
[0021]第二方面，本专利技术提供了上述晶体结构的制备方法，基于重沉淀法，依据构效关系并通过调控温度和浓度即可实现晶体结构的制备，属于绿色环保的化学范畴，且制备的分形晶体结构，结晶性良好，尺寸均匀，具有良好的形貌稳定性和发光稳定性；
[0022]第三方面，本专利技术提供的类水型螺环芳烃分形晶体结构，利用SAHs的SSH效应，使
螺环芳烃的晶体结构不再仅限于二维组装，而且可以用于设计并预测更复杂微/纳米晶体的分子堆积模式、形貌，该类具有高热稳定性的蓝光磷光主体材料，可用于制备有机电致发光器件。
附图说明
[0023]图1是水分子结构及晶体中的分子堆积示意图；
[0024]图2是TCN
‑
SFX类水型分子设计及预测分子堆积；
[0025]图3是实施例1
‑
实施例4制备的分形晶体的形貌表征；
[0026]图4是实施例5制备的分形晶体的形貌和结构表征；
[0027]图5是实施例5制备过程中分形晶体生长演变过程形态；
[0028]图6是测试例2中所述TCN
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体，其特征在于，所述分形晶体是由氰基取代的螺环芳烃分子十字堆积有序排列形成，所述氰基取代的螺环芳烃分子的分子构型为十字交叉的两个平面共用一个中心碳原子，氰基分别在2、7、3
’
、6
’
位取代，其结构式如下：2.根据权利要求1所述的一种氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体，所述分形晶体的X
‑
射线粉末衍射图谱在以下衍射角2θ处具有衍射峰：5.47，6.49，32.82，47.59，54.43，56.20。3.根据权利要求1所述的一种氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体，所述分形晶体的X
‑
射线粉末衍射图谱具有以下衍射峰：2θ5.476.4932.8247.5954.4356.20I％11.0100.069.163.212.219.5。4.一种氰基取代的螺环芳烃分子分形晶体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将一定质量的氰基取代的螺环芳烃分子溶解于有机溶剂中，配置成浓度为4
‑
16mM的氰基取代的螺环芳烃分子溶液，将所述氰基取代的螺环芳烃分子溶液注入剧烈搅拌的阴离子表面活性剂水溶液中，搅拌均...

【专利技术属性】
技术研发人员：金凌志，张翀，解令海，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：