聚集诱导发光有机小分子无机纳米复合材料的研究进展
发布时间：2020-12-14 16:56
有机-无机复合荧光纳米材料制备简便,生物相容性好,成像性能优异,在化学和生物传感、生物成像、催化及能源材料等领域受到很多关注.传统的荧光有机小分子与无机材料复合时,常发生荧光猝灭,而聚集诱导发光（Aggregation-InducedEmission,AIE）有机小分子在聚集态具有高发光量子产率,为有机-无机复合荧光纳米材料的研究提供了机遇.由于AIE有机小分子功能化的无机纳米材料独特的优点,人们对其设计、合成及应用进行了较多研究.综述了AIE有机小分子和多种类型的无机纳米结构（金属纳米颗粒、钙钛矿材料、层状材料、氧化物、硫化物等）复合材料的制备和应用的新进展,特别是在化学和生物传感、生物成像、药物输运、光热治疗、催化以及能源等领域的应用,并对其发展前景进行了展望.
【文章来源】：有机化学. 2020年08期 北大核心
【文章页数】：21 页
【部分图文】：
Ag@1纳米颗粒的(a)合成、(b)可调性和(c)多模式成像应用示意图[31]
天然蒙脱土(MMT)一般是亲水的,要通过离子交换将阳离子表面活性剂插入中间层进行有机改性,使之成为有机相容体系[48-49].有机改性MMT可以很好地分散在聚合物基体中,显著提高材料的强度、耐热性以及生物降解性.将AIE有机小分子插入层间,修饰后的MMT可以发光.唐本忠等[50]将化合物7插入MMT层间,7的分子内运动受到MMT层刚性骨架的约束,抑制了非辐射跃迁,使得复合材料发蓝光,固体荧光量子产率达42.1%(图3a,3b).由于复合材料显著的AIE特性,用共聚焦荧光显微镜(CFM)可以直接观察到MMT在聚氯乙烯基体中的分散状态,具有三维可视化效果(图3c).最近,李为立等[51]用离子交换法将TPE季铵盐8插入到MMT层间,由于杂化体系内部的电荷吸引,使化合物8不能自由地分散,复合材料具有强荧光性质.他们采用溶液浇铸法制备了荧光有机-无机复合涂层,用CFM可以清楚地看到MMT在固化涂料中的分散情况,为研究复合涂层的性能提供了一种新方法.1.3.2 AIE有机小分子-层状双金属氢氧化物复合材料
半导体纳米晶的表面是决定其光学特性的重要因素,功能化配体的引入可以进一步增强纳米晶之间的相互作用,有利于纳米晶的自组装.董宇平等[40]开发了配体辅助再沉淀法,用辛胺和油酸制备了有机金属卤化物钙钛矿纳米晶.他们合成了一系列不同链长的TPE衍生物4,用以代替辛胺制备的CH3NH3Pb Br3纳米晶,有组装成有序超分子结构的趋势[41].当n=3,4时,化合物4包覆的CH3NH3Pb Br3纳米晶的固态发射光谱,在470nm处出现一个额外的发射峰(n=3时更明显),具有AIE特征(图2a,2b),很可能是在聚集态下TPE部分发光所致.TPE部分的AIE性质是由分子内旋转受限引起的,因此,470 nm处发射峰的存在意味着当n=3时纳米晶表面上的TPE基团在固态下旋转受阻.进一步说明,用较短链长的4可以得到更紧密的堆积结构(图2c,2d),为CH3NH3Pb Br3纳米晶的组装提供了驱动力.有机-无机卤化物钙钛矿材料的激子结合能及自由载流子和激子复合的相关研究较少.最近,王明魁等[42]将AIE化合物5引入到钙钛矿MAPb I3中.室温下,复合物在高能量、高光通量激光激发下的双发射峰p1 (1.64e V)和p2 (1.59 e V),分别归因于自由载流子和束缚激子的复合.此外,5的引入改变了p1/p2的强度比,说明该方法可以有效调节钙钛矿薄膜中自由载流子与激子的复合比.陈义旺等[43]通过四溴四苯基乙烯和吡咯并吡咯二酮硼酸的Suzuki偶联反应得到AIE化合物6,将其引入钙钛矿薄膜颗粒间的孔隙和空位,能提高结晶度.6还可作为钙钛矿-6异质结复合膜的捕光剂和电子给体,使复合膜更均匀,晶粒尺寸更大,有利于载流子的生成和运输,光生电子的分离效率更高.复合后的钙钛矿太阳能电池转换效率可达14.1%,比复合前提高了40%.
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有AIE效应的Eu（Ⅲ）-聚（N-乙烯基吡咯烷酮）配位聚合物Pdots的制备及双色肿瘤细胞成像[J]. 关晓琳,李志飞,王林,刘美娜,王凯龙,杨学琴,李亚丽,胡丽丽,赵小龙,来守军,雷自强. 化学学报. 2019(12)
[2]Recent Advances and Progress for the Fabrication and Surface Modification of AIE-active Organic-inorganic Luminescent Composites[J]. Liu-Cheng Mao,Xiao-Yong Zhang,Yen Wei. Chinese Journal of Polymer Science. 2019(04)
[3]基于AIE功能化介孔二氧化硅探针的铜离子荧光分析法[J]. 任向华,刘付丽,孙宗招,王桦. 化学传感器. 2018(04)
[4]含四苯基乙烯的炔酮衍生物的设计合成、聚集诱导发光性质及其对Pd2+的选择性荧光检测[J]. 黄玉章,雷洛奇,郑超,危博,赵祖金,秦安军,胡蓉蓉,唐本忠. 化学学报. 2016(11)
[5]四苯乙烯衍生物的应用研究进展[J]. 李宗植,霍延平,阳香华,籍少敏. 有机化学. 2016(10)
[6]压力和酸响应的四苯乙烯修饰喹喔啉类荧光染料的合成与性质研究[J]. 孙静波,张恭贺,贾小宇,薛鹏冲,贾俊辉,卢然. 化学学报. 2016(02)
[7]AIE probes towards biomolecules: the improved selectivity with the aid of graphene oxide[J]. Qianqian Li,Zhen Li. Science China(Chemistry). 2015(12)
[8]压致变色聚集诱导发光材料[J]. 彭邦银,许适当,池振国,张锡奇,张艺,许家瑞. 化学进展. 2013(11)
[9]Fluorescent AIE dots encapsulated organically modified silica （ORMOSIL） nanoparticles for two-photon cellular imaging[J]. ZHU ZhenFeng,ZHAO XinYuan,QIN Wei,CHEN GuangDi,QIAN Jun,XU ZhengPing. Science China(Chemistry). 2013(09)
本文编号：2916691
【文章来源】：有机化学. 2020年08期 北大核心
【文章页数】：21 页
【部分图文】：
Ag@1纳米颗粒的(a)合成、(b)可调性和(c)多模式成像应用示意图[31]
天然蒙脱土(MMT)一般是亲水的,要通过离子交换将阳离子表面活性剂插入中间层进行有机改性,使之成为有机相容体系[48-49].有机改性MMT可以很好地分散在聚合物基体中,显著提高材料的强度、耐热性以及生物降解性.将AIE有机小分子插入层间,修饰后的MMT可以发光.唐本忠等[50]将化合物7插入MMT层间,7的分子内运动受到MMT层刚性骨架的约束,抑制了非辐射跃迁,使得复合材料发蓝光,固体荧光量子产率达42.1%(图3a,3b).由于复合材料显著的AIE特性,用共聚焦荧光显微镜(CFM)可以直接观察到MMT在聚氯乙烯基体中的分散状态,具有三维可视化效果(图3c).最近,李为立等[51]用离子交换法将TPE季铵盐8插入到MMT层间,由于杂化体系内部的电荷吸引,使化合物8不能自由地分散,复合材料具有强荧光性质.他们采用溶液浇铸法制备了荧光有机-无机复合涂层,用CFM可以清楚地看到MMT在固化涂料中的分散情况,为研究复合涂层的性能提供了一种新方法.1.3.2 AIE有机小分子-层状双金属氢氧化物复合材料
半导体纳米晶的表面是决定其光学特性的重要因素,功能化配体的引入可以进一步增强纳米晶之间的相互作用,有利于纳米晶的自组装.董宇平等[40]开发了配体辅助再沉淀法,用辛胺和油酸制备了有机金属卤化物钙钛矿纳米晶.他们合成了一系列不同链长的TPE衍生物4,用以代替辛胺制备的CH3NH3Pb Br3纳米晶,有组装成有序超分子结构的趋势[41].当n=3,4时,化合物4包覆的CH3NH3Pb Br3纳米晶的固态发射光谱,在470nm处出现一个额外的发射峰(n=3时更明显),具有AIE特征(图2a,2b),很可能是在聚集态下TPE部分发光所致.TPE部分的AIE性质是由分子内旋转受限引起的,因此,470 nm处发射峰的存在意味着当n=3时纳米晶表面上的TPE基团在固态下旋转受阻.进一步说明,用较短链长的4可以得到更紧密的堆积结构(图2c,2d),为CH3NH3Pb Br3纳米晶的组装提供了驱动力.有机-无机卤化物钙钛矿材料的激子结合能及自由载流子和激子复合的相关研究较少.最近,王明魁等[42]将AIE化合物5引入到钙钛矿MAPb I3中.室温下,复合物在高能量、高光通量激光激发下的双发射峰p1 (1.64e V)和p2 (1.59 e V),分别归因于自由载流子和束缚激子的复合.此外,5的引入改变了p1/p2的强度比,说明该方法可以有效调节钙钛矿薄膜中自由载流子与激子的复合比.陈义旺等[43]通过四溴四苯基乙烯和吡咯并吡咯二酮硼酸的Suzuki偶联反应得到AIE化合物6,将其引入钙钛矿薄膜颗粒间的孔隙和空位,能提高结晶度.6还可作为钙钛矿-6异质结复合膜的捕光剂和电子给体,使复合膜更均匀,晶粒尺寸更大,有利于载流子的生成和运输,光生电子的分离效率更高.复合后的钙钛矿太阳能电池转换效率可达14.1%,比复合前提高了40%.
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有AIE效应的Eu（Ⅲ）-聚（N-乙烯基吡咯烷酮）配位聚合物Pdots的制备及双色肿瘤细胞成像[J]. 关晓琳,李志飞,王林,刘美娜,王凯龙,杨学琴,李亚丽,胡丽丽,赵小龙,来守军,雷自强. 化学学报. 2019(12)
[2]Recent Advances and Progress for the Fabrication and Surface Modification of AIE-active Organic-inorganic Luminescent Composites[J]. Liu-Cheng Mao,Xiao-Yong Zhang,Yen Wei. Chinese Journal of Polymer Science. 2019(04)
[3]基于AIE功能化介孔二氧化硅探针的铜离子荧光分析法[J]. 任向华,刘付丽,孙宗招,王桦. 化学传感器. 2018(04)
[4]含四苯基乙烯的炔酮衍生物的设计合成、聚集诱导发光性质及其对Pd2+的选择性荧光检测[J]. 黄玉章,雷洛奇,郑超,危博,赵祖金,秦安军,胡蓉蓉,唐本忠. 化学学报. 2016(11)
[5]四苯乙烯衍生物的应用研究进展[J]. 李宗植,霍延平,阳香华,籍少敏. 有机化学. 2016(10)
[6]压力和酸响应的四苯乙烯修饰喹喔啉类荧光染料的合成与性质研究[J]. 孙静波,张恭贺,贾小宇,薛鹏冲,贾俊辉,卢然. 化学学报. 2016(02)
[7]AIE probes towards biomolecules: the improved selectivity with the aid of graphene oxide[J]. Qianqian Li,Zhen Li. Science China(Chemistry). 2015(12)
[8]压致变色聚集诱导发光材料[J]. 彭邦银,许适当,池振国,张锡奇,张艺,许家瑞. 化学进展. 2013(11)
[9]Fluorescent AIE dots encapsulated organically modified silica （ORMOSIL） nanoparticles for two-photon cellular imaging[J]. ZHU ZhenFeng,ZHAO XinYuan,QIN Wei,CHEN GuangDi,QIAN Jun,XU ZhengPing. Science China(Chemistry). 2013(09)
本文编号：2916691
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