[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于有机微纳晶材料技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明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：

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；

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。

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所示为本发明所述TCN-SFX这种类水型分子设计及预测的分子堆积过程示意图。