一种碳硼烷气致变色发光材料及其制备方法和应用

本发明属于荧光传感，具体涉及一种碳硼烷气致变色发光材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着我国工业的快速发展，煤炭、石油等化石能源的消耗与转化正在持续进行，伴随这一过程，挥发性有机物(vocs)成为当前人类健康和生存环境的一大威胁。vocs的产生有很多途径，比如化学品的生产或者存放、加油站、化学实验室、室内装潢甚至厨房烹饪，它们会直接或者间接的导致损害人体的中枢神经系统，甚至使得人们中毒或者患上癌症等疾病。除了实现vocs的绿色转化、吸收，工业界和学术界努力的另一个方向是vocs的定量检测。研制出一种快速、灵敏、便携以及价格低廉的能够检测voc气体的荧光传感薄膜非常紧迫。在目前的研究中，主要以质谱仪和气相色谱仪对voc气体进行灵敏、选择性的检测，但存在设备体积大、成本高、响应慢、操作复杂等缺点。而在目前研究中，气致变色荧光薄膜检测为所需的voc气体检测提供了一个很好的选择。在此方面，气致变色荧光薄膜检测在很大程度上取决于以下几个方面：1.传感荧光团的化学性质；2.薄膜载体的选择。这两者也是荧光薄膜检测voc气体的关键。

2、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳硼烷气致变色发光材料及其制备方法和应用，以解决或改善挥发性有机物(vocs)检测过程中存在的设备体积大、成本高、响应慢、操作复杂等中的至少一项缺点。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳硼烷气致变色发光材料，所述碳硼烷气致变色发光材料的结构式为：

3、其中，r为烷基、二烷基芴基或二烷基苯基。

4、优选地，所述烷基、二烷基芴基和二烷基苯基中的烷基的碳原子数为1-4。

5、优选地，r为丁基、二丁基芴基或二叔丁基苯基。

6、本发明还提供了碳硼烷气致变色发光材料的制备方法，其采用下述技术方案：如上所述的碳硼烷气致变色发光材料的制备方法，包括下述步骤：1-(4-卤代苯基)-2-r-1,2-碳硼烷和2-乙炔基-二苯并噻吩发生sonogashira偶联反应，制备得到所述碳硼烷气致变色发光材料。

7、优选地，所述1-(4-卤代苯基)-2-r-1,2-碳硼烷和2-乙炔基-二苯并噻吩的摩尔比为1:(1.0-1.2)；所述sonogashira偶联反应的催化剂包括四(三苯基膦)钯和碘化亚铜，所述四(三苯基膦)钯与1-(4-卤代苯基)-2-r-1,2-碳硼烷的摩尔当量比为(0.05-0.08):1；所述碘化亚铜与1-(4-卤代苯基)-2-r-1,2-碳硼烷的摩尔当量比为(0.1-0.16):1；所述sonogashira偶联反应的温度为70-90℃，反应时间为5-10h；所述sonogashira偶联反应的反应溶剂为四氢呋喃和三乙胺的混合溶液，四氢呋喃和三乙胺的体积比为(2-3):1。

8、优选地，所述1-(4-卤代苯基)-2-r-1,2-碳硼烷的制备方法包括下述步骤：a.采用对溴碘苯和rc≡ch制备brc6h4-c≡c-r；b.将brc6h4-c≡c-r与十硼酸二乙腈配合物反应得到1-(4-卤代苯基)-2-r-1,2-碳硼烷。

9、本发明还提供了一种气致变色膜，其采用下述技术方案：一种气致变色膜，所述气致变色膜的原料或组分包括如上所述的碳硼烷气致变色发光材料和载体。

10、优选地，所述载体为无纺布。

11、本发明还提供了一种荧光传感器，其采用下述技术方案：一种荧光传感器，所述荧光传感器的原料包括如上所述的碳硼烷气致变色发光材料或如上所述的气致变色膜。

12、本发明还提供了一种检测气体浓度的方法，其采用下述技术方案：一种检测气体浓度的方法，包括下述步骤：将如上所述的荧光传感器置于含有待测气体的环境中，检测所述荧光传感器的发光波长，实现对所述待测气体的检测；或，将载体浸入到含有如上所述的碳硼烷气致变色发光材料的溶液中，晾干得到气致变色膜，将所述气致变色膜置于含有所述待测气体的环境中，实现对所述待测气体的检测。

13、优选地，还包括获取所述待测气体标准品提供的浓度与波长的线性关系和/或根据所述待测气体标准品提供的浓度与波长的线性关系计算所述待测气体浓度的步骤；所述待测气体为vocs。

14、优选地，所述待测气体为正己烷、四氯化碳、苯、氯仿、乙酸乙酯、四氢呋喃、三乙胺、丙酮和乙腈中的任意一种。

15、有益效果：

16、本发明的碳硼烷气致变色发光材料可用于制备气致变色荧光检测薄膜，进而可用于vocs的检测中，解决或改善目前挥发性有机物(vocs)检测过程中存在的设备体积大、成本高、响应慢、操作复杂等中的至少一项问题。

17、本发明的碳硼烷气致变色发光材料用于气体(例如，vocs)检测时，其最大发射波长可与气体(例如，vocs)浓度呈线性关系，能够实现气体(例如，vocs)的定量检测(检测的原理并非是基于经典的荧光强度变化，而是气致变色产生的发光波长位移)。

18、本发明的检测气体浓度的方法可以实现定量检测，有助于解决目前荧光检测vocs的方法局限于荧光强度变化，响应效果依赖复杂仪器的问题。

技术特征：

1.一种碳硼烷气致变色发光材料，其特征在于，所述碳硼烷气致变色发光材料的结构式为：

2.根据权利要求1所述的碳硼烷气致变色发光材料，其特征在于，所述烷基、二烷基芴基和二烷基苯基中的烷基的碳原子数为1-4；

3.根据权利要求1或2所述的碳硼烷气致变色发光材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

4.根据权利要求3所述的碳硼烷气致变色发光材料的制备方法，其特征在于，所述1-(4-卤代苯基)-2-r-1,2-碳硼烷和2-乙炔基-二苯并噻吩的摩尔比为1:(1.0-1.2)；

5.根据权利要求3所述的碳硼烷气致变色发光材料的制备方法，其特征在于，所述1-(4-卤代苯基)-2-r-1,2-碳硼烷的制备方法包括下述步骤：

6.一种气致变色膜，其特征在于，所述气致变色膜的原料或组分包括如权利要求1或2所述的碳硼烷气致变色发光材料和载体。

7.根据权利要求6所述的气致变色膜，其特征在于，所述载体为无纺布。

8.一种荧光传感器，所述荧光传感器的原料包括如权利要求1-2任一项所述的碳硼烷气致变色发光材料或如权利要求6-7任一项所述的气致变色膜。

9.一种检测气体浓度的方法，其特征在于，包括下述步骤：

10.根据权利要求9所述的检测气体浓度的方法，其特征在于，还包括获取所述待测气体标准品提供的浓度与波长的线性关系和/或根据所述待测气体标准品提供的浓度与波长的线性关系计算所述待测气体浓度的步骤；

技术总结
本发明属于荧光传感技术领域，具体涉及一种碳硼烷气致变色发光材料及其制备方法和应用。本发明的碳硼烷气致变色材料通过使1‑(4‑卤代苯基)‑2‑R‑1,2‑碳硼烷和2‑乙炔基‑二苯并噻吩发生Sonogashira偶联反应制备得到。本发明的碳硼烷气致变色发光材料可用于制备气致变色荧光检测薄膜，进而可用于VOCs的检测中，解决或改善目前挥发性有机物(VOCs)检测过程中存在的设备体积大、成本高、响应慢、操作复杂等中的至少一项问题。

技术研发人员：王兆进,王项葵,陈波,关荣锋
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15