有机共晶材料中的π-π相互作用与其发光性能的研究

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有机共晶材料因其在诸多领域都具有广阔的应用价值而受到人们的极大关注,譬如有机共晶材料可被用于药剂学、生物学、有机发光材料以及含能材料等领域。芘基化合物作为一类具有较大共轭结构的化合物常被用于制备有机共晶材料,由此而延伸出了对共晶结构中各组分之间π-π相互作用等非化学键作用对其溶解度、发光性能、热稳定性以及化学稳定性等光学或物理化学性质影响的相关研究。近几年内,已有大量文献报道了利用共晶方法对药物进行改性的研究,然而,对共晶材料在其他领域的应用的研究却很少。本文合成并应用了三种芘基化合物:1、芘;2、芘基查尔酮(1-苯基-3-(1-芘基)丙-2-烯-1-酮(C1));3、芘基吡唑啉(包括两种:乙酰基-3-苯基-5-(1-芘基)-吡唑啉(APPP)和1-乙酰基-3-(4-甲氧基苯基)-5-(1-芘基)-吡唑啉(AMPP))。采用常温溶剂挥发法将它们分别与不同客体化合物制备成以下共晶材料:晶体Ⅱ(芘:17p-雌二醇=1:1)、晶体A(C1:TCNQ=1:1)、晶体B(C1:TCNQ=1:1.5)、晶体C(C1:TCNQ=1:0.5)、晶体D(x)系列(C1:TCNQ:x=1:1:O.5,x为芳烃溶剂)、晶体E(C1:TCNQ甲醇=1:1:1)、晶体M(APPP:TCNQ=2:1)、晶体N (APPP:TCNQ:乙酸=1:1:1.5)、晶体X(AMPP:TCNQ=1:1)、晶体Y(AMPP:TCNQ=1.5:1)以及晶体Z(AMPP:TCNQ:乙酸=1.5:1:2),单晶结构表明,晶体Ⅱ属于正交的P212121空间群,晶体C属于单斜的P21/c空间群,晶体B、晶体D(x)系列与晶体E均属于三斜的P1空间群。通过固体荧光光谱对比分析了晶体Ⅱ与晶体芘的发光性能,结果发现,改变晶体中π共轭体系的堆积模式可以有效地调节其发光,当在芘晶体中引入17β-雌二醇这一客体分子后,客体分子之间首尾羟基间的氢键相互作用会形成一种“围栏”结构,有效地阻止了芘的二聚体堆积模式。另外,还通过机械研磨法得到了此共晶材料,使得这种材料的制备更加简便。研究发现,溶剂诱导效应是造成晶体A、晶体B与晶体C中不同的摩尔比的主要原因,丙酮会引导晶体B的形成,乙腈会引导晶体C的形成,而丙酮与乙腈的混合溶剂会导致其出现平衡状态形成晶体A。当C1与TCNQ被溶解在芳香溶剂、甲醇与其他溶剂的混合溶剂中时,共晶优先选择包裹结晶芳烃溶剂,其次是甲醇,而不包裹结晶其他溶剂分子,从而得到了C1(D)与TCNQ(A)之间三种类型的电荷转移作用模式,即ADAD(晶体A和晶体D(x)、ADADA(晶体B)以及ADDADDi(晶体C)。当APPP或AMPP与TCNQ被溶解在乙酸与其它溶剂的混合溶剂时,APPP或AMPP会与TCNQ之间发生电荷转移相互作用而形成共晶,在形成这种共晶的过程中选择性包裹乙酸分子,而不包裹其他分子,当溶剂中不存在乙酸分子时,APPP会与TCNQ形成二元共晶,而对于AMPP与TCNQ体系中,当溶剂中不存在乙酸时,AMPP与TCNQ会受溶剂诱导效应而分别形成两种二元共晶,即绿色毛状的晶体X以及黑色针状的晶体Y。结果表明,通过溶剂效应可以有效调节共晶材料中的电荷转移模式。
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