[发明专利]对有机胺类气体具有荧光和光电导双响应的一维有机半导体纳米线及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于有机半导体纳米材料，特别涉及一种具有高荧光量子产率（高达35%）和高光电导（纳安培级别）的对有机胺类气体具有荧光和光电导双响应的一维有机半导体纳米线及其制备方法；以及该一维有机半导体纳米线的应用。

技术背景

有机半导体纳米材料具有许多无机纳米材料不具备的优点，比如有机半导体纳米材料的结构可调控、可利用灵活的合成方法制备得到，材料的制造成本低，易于大面积加工，以及有机半导体纳米材料可以应用到柔性基底上等等。因此，尽管有机半导体纳米材料相对于无机纳米材料起步较晚，但近年来发展迅速。其中，由π共轭的有机分子作为构筑单元制备的一维有机半导体纳米材料，可以作为有效的荧光或者电导传感器材料，实现对有毒有害物的高灵敏度、高选择性的检测。该类材料检测原理如下：

1.由π堆积形成的一维有机半导体纳米线作为荧光传感器，由于分子构筑单元之间的π-π堆积方式形成的一维有机半导体纳米材料比共轭高分子膜能显著增大激子迁移的距离，由所述的一维有机半导体纳米线构成的具有多孔性和大比表面积的膜，能够实现高灵敏度地检测目标分子。

2.光电导检测法是一类新型电导检测方法。由一维有机半导体纳米线构成的具有多孔性和大比表面积的膜可以利用这种光电导检测的方法，进一步结合所使用的常规的电导传感器中成熟的芯片技术和电导信号响应技术，可制备成便携装置。同时，该膜又可以利用被检测的目标分子与组成该膜的一维有机半导体纳米线表面之间的光诱导电子转移的敏感性与差异性实现目标分子的识别。目标分子识别的准确性主要取决于一维有机半导体纳米线上的光生自由载流子的浓度和电荷迁移率。自由载流子的产生必须经过光诱导电荷转移，产生紧密电荷对，然后克服库伦引力形成，所以目标分子在界面的电荷分离对其吸附的方式，距离非常敏感，对与目标分子结构相似的分子都会产生不同的响应；因此利用光电导原理所制备出的传感器的选择性比荧光传感器更好。但是基于光电导原理的传感器在文献中报道很少。

以上利用光电导原理所制备出的传感器和荧光传感器各自存在缺点，如果能够制备出一种同时具备荧光和光电导双响应的材料，则会集合两种响应的优势，从而完成单一信号响应无法得到的高选择性的目标。目前制备同时具有高荧光发射效率和电导（载流子迁移率）的有机半导体纳米材料非常困难。一方面，原因在于这两种属性具有相互排他性，一般要获得高的载流子迁移率，需要相邻的纳米线之间强烈的π-π重叠，然而这容易导致荧光猝灭；另一方面，获取荧光量子产率高的材料(≥20%)时通常需要分散基于π-π强烈相互作用的构筑单体分子，减少构筑单体分子之间的π-π相互作用，然而这样会导致载流子迁移率并不高。所以，如何解决这个问题，是本领域科研人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种具有高荧光量子产率（高达35%）和高光电导（纳安培级别）的对有机胺类气体具有荧光和光电导双响应的一维有机半导体纳米线。

本发明的目的之二是提供一种对有机胺类气体具有荧光和光电导双响应的一维有机半导体纳米线的制备方法。

本发明的目的之三是提供一种对有机胺类气体具有荧光和光电导双响应的一维有机半导体纳米线的应用。

本发明的核心目的是制备出一种对有机胺类气体具有荧光和光电导双响应模式的一维有机半导体纳米线。通过设计合成出用于组装一维有机半导体纳米线的含有苝酐的双亲性苝酰亚胺衍生物单体，使含有苝酐的双亲性苝酰亚胺衍生物单体利用有机溶剂溶解度的差异进行自组装，从而获得本发明的一维有机半导体纳米线，由该一维有机半导体纳米线编织形成网状结构的多孔膜具有35%的高荧光量子产率；在0.3mW/mm²的白光照射下产生纳安培级的高光电流。因此，这种具有高荧光量子产率的本发明的一维有机半导体纳米线可以作为极好的荧光传感器材料；并且，由于本发明的一维有机半导体纳米线在0.3mW/mm²的白光照射下能够产生纳安培级的高光电流，因此，本发明的一维有机半导体纳米线也可以作为很好的光电导传感器。