[发明专利]一种高发射金属超分子笼荧光材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及化学合成技术领域，公开了一种高发射金属超分子笼荧光材料及其制备方法与应用，该高发射金属超分子笼荧光材料，包括式(Ⅰ)和式(Ⅱ)的单元结构。本发明利用臂膀不同的二氢蒽基四臂三联吡啶有机配体L分别与金属离子M在金属配体驱动下自组装而成，构建了基于三联吡啶的可调谐发光金属立方八面体超分子笼。它们通过限制分子运动产生黄色荧光发射，在溶液中具有良好的发光性质。本发明通过在超分子笼溶液中加入蓝色发射分子，可以实现从黄色到蓝色的可调谐荧光发射，包括白光发射。此外，金属笼在固态下有更好的发射强度，可用于涂覆在蓝色LED灯泡或者与蓝光芯片集成以构建白光LED。

技术领域

本发明涉及化学合成技术领域，具体为一种高发射金属超分子笼荧光材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，发光材料由于其卓越的性能和广泛的应用在传感、细胞成像和加密信息等方面获得了大量的研究工作。但是，大多数的发光材料发射效率往往会因为被聚集引起的猝灭(ACQ)限制其功能的进一步应用。幸运的是，唐本忠等人提出的聚集诱导荧光增强现象(AIE)解决了这一问题。相比于无机发光材料，有机发光材料因其成本低、重量轻且易于制造薄膜等优势，是近年来国际科技界普遍关注的一个前沿热点。在此基础上，我们试图构建具有优良发光性质的金属有机超分子，探索它们作为荧光材料的应用。

超分子化学是研究非共价键相互作用的化学，非共价作用力主要包括范德华力、π-π相互作用、氢键和金属配位作用等，金属配位键因其具有较强的结合能力、可控的方向性以及自下而上的配位自组装方式，已被证明是构建超分子结构的有力工具，不管是从基本的二维大环还是日益增加的三维笼，它们在催化、主客体识别、分子分离等方面都有广泛的应用。同时，鉴于近年来发光材料的快速发展，很多科研工作者通过将四苯基乙烯(TPE)等典型荧光基团引入金属有机骨架(MOFs)、金属大环和金属超分子笼。例如，Nitschke等通过引入一系列荧光团实现了M₄L₆超分子笼的白光发射；张明明等研究了基于TPE多组分发射金属笼的固态荧光材料，并成功实现了白光发射。无论是溶液发射还是固体发射，它们都是通过将AIE发射基团锚定到刚性支架中的金属上或通过直接引入配体来实现的，这就使得超分子结构的多样化大大降低，进而限制了其功能多样化发展，为此，本发明提供一种不同以往且具有高发射的金属超分子发光材料构建方法，通过具有ACQ的配体来实现构建具有AIE效应的超分子结构，并且在超分子体系中能同时实现溶液和固体白光发射，这将对促进超分子结构作为有用发射器件的应用具有重要意义。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种高发射金属超分子笼荧光材料的其制备方法及应用，利用不同臂长的四臂三联吡啶有机配体分别与不同金属离子在金属配体驱动下自组装而成，构建基于三联吡啶的可调谐发光金属立方八面体超分子笼，通过限制分子运动而产生黄色荧光发射，使得它们同时在溶液和固体具有良好的发光性质。通过在超分子溶液中加入深蓝发射分子(9,10-二甲基蒽)，可以实现从黄色到蓝色的可调谐荧光发射，包括白光发射。此外，将超分子固体粉末与蓝光发射芯片集成，构建了彩色输出质量高、光转换稳定的白光LED器件，构筑了高发射金属超分子笼作为白光输出光谱特性可调的荧光材料，以解决上述问题。

(二)技术方案

为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高发射金属超分子笼荧光材料，该超分子材料是基于不同种配体与过渡金属离子组装时，即通过tpy-M²⁺-tpy基元连接的笼状结构，包括式(Ⅰ)和式(Ⅱ)的单元结构；

式(Ⅰ)中R结构为带有三联吡啶的衍生物，包括但不限于以下结构：

或者

式(Ⅱ)中M为过渡金属离子。