一种咔唑类水相人工光捕获体系的制备方法及应用

本发明属于超分子人工光捕获体系发光材料，具体涉及一种咔唑类水相人工光捕获体系的制备方法及应用。

背景技术：

1、光合作用是生物体赖以生存的基础，在光合作用初始过程中，阳光被捕获、转移，最后被转化成化学能。这一过程主要发生在叶绿体中，叶绿体中的色素分子可以与蛋白质以非共价键的形式结合形成蛋白复合物，对太阳能进行捕获，这些色素分子被称为天线色素分子。在捕获太阳能以后，色素分子间可以通过能量的连续传递，将太阳能转移至反应中心，用于催化化学反应，最终实现太阳能转换成化学能。反应中心周围环绕着大量密集的天线色素分子是自然界光捕获系统最显著的特征，这使得即使在极低光照条件下也可以帮助绿色植物完成光合作用。受到大自然的启发，研究人员基于荧光共振能量转移(fret)过程构筑人工光捕获系统实现能量从供体到受体的高效转移来模拟自然界光捕获过程，已经取得了很大进展。

2、尤其是超分子自组装为人工光捕获系统的构建提供了一种简捷高效的方法。研究人员已经通过非共价键组装成功构筑了多种人工光捕获系统，包括聚合物、凝胶、生物材料和有机-无机杂化材料等。然而，大多数报道的人工光捕获系统是在有机溶剂中构筑的，而不是像自然界那样在水环境中进行。此外，由于传统给体发色团通常是疏水的，并且在水中具有聚集诱导猝灭(acq)效应，导致能量转移效率较低，光捕获效果不好。因此，在水溶液中设计和构筑高效的人工光捕获系统仍然是一项具有挑战性的任务。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种咔唑类水相人工光捕获体系的制备方法及应用，该水相人工光捕获体系在高给受体比例下仍能保持优异的能量转移效率和天线效应。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种咔唑类水相人工光捕获体系，该水相人工光捕获体系由化合物g和化合物h在水相溶液中通过主客体相互作用形成的超分子纳米颗粒包载荧光染料形成，该水相人工光捕获体系以化合物g作为客体分子和能量给体(donor,do)，以化合物h作为主体分子，以荧光染料作为能量受体(acceptor,ac)；化合物g和化合物h在水相溶液中通过主客体相互作用形成超分子纳米颗粒，通过加入荧光染料，使超分子纳米颗粒包载荧光染料形成水相人工光捕获体系；

4、其中，化合物g的化学结构式如式(i)所示：

5、

6、其中，化合物h的化学结构式如式(ⅱ)所示：

7、

8、作为优选地实施方式，所述荧光染料为磺基罗丹明，其化学结构式如式(iii)所示：

9、

10、作为优选地实施方式，该水相人工光捕获体系中，化合物g与化合物h的摩尔比为(0.25～20):1，例如0.25:1、1:1、2:1、5:1、10:1、20:1或它们之间的任意比例。

11、优选地，所述化合物g与荧光染料的摩尔比为(100～1000):1，例如100:1、150:1、200:1、250:1、400:1、500:1、1000:1或它们之间的任意比例。

12、在某些具体的实施方式中，该水相人工光捕获体系中，化合物g的浓度为1×10-5～1×10-4mol/l；化合物h的浓度为5×10-7～4×10-4mol/l；荧光染料的浓度为1×10-8～1×10-6mol/l。

13、第二方面，本发明提供上述水相人工光捕获体系的制备方法，包括如下步骤：

14、步骤1：取化合物g和化合物h溶于水相溶液中，超声形成均匀分散的球形超分子纳米颗粒溶液。

15、步骤2：将含有荧光染料的溶液加入步骤1得到的溶液中，超声分散即可得到该水相人工光捕获体系。

16、优选地，上述含有荧光染料的溶液中的溶剂为二甲基亚砜、乙醇、n,n-二甲基甲酰胺和水中的一种。

17、第三方面，本发明提供上述水相人工光捕获体系在制备发光材料中的应用。

18、进一步地，所述发光材料为光致发光材料，激发波长为250～450nm。

19、进一步地，所述发光材料为颜色可调的发光材料。

20、在本发明的技术方案中，所述发光材料在250～450nm激发光下，能量给体化合物g与能量受体荧光染料的摩尔浓度比例为(100～1000):1间，随能量受体比例增大呈现从青绿色到红色转变的发光特性。

21、在本发明的技术方案中，380nm激发光是能量给体g的最大吸收波长，在250～450nm之外的激发光下，能量给体无法吸收激发光，无法进行能量传递。

22、上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

23、本发明提供的水相人工光捕获体系以苯基咔唑基修饰的丙烯腈衍生物化合物g作为客体分子和能量给体，以磷酸盐修饰的柱[5]芳烃化合物h作为主体分子，以荧光染料作为能量受体；化合物g和化合物h通过超分子主客体相互作用自组装形成纳米颗粒，再加入荧光染料形成水相人工光捕获体系。

24、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

25、(1)提供的水相人工光捕获体系中，化合物g包含聚集诱导发光(aie)活性基团丙烯腈基团，其不仅能作为客体分子，与主体化合物h结合，还能作为能量给体起双重作用；由于g的aie特性，在主体化合物h的存在下，化合物g的荧光显著增强；而化合物h是一种水溶性柱芳烃，在水相人工光捕获体系中，可以与化合物g通过主客体作用形成络合物，并诱导化合物g进一步自组装形成纳米颗粒，在增加化合物g的荧光强度时提供纳米空腔包载染料分子形成光捕获体系。该光捕获体系是通过主客体相互作用在水中构建的水分散性纳米颗粒，具有成本低、环境友好、结构稳定且可长期储存的优点，该光捕获体系优选染料磺基罗丹明101(sr101)为受体分子，在高的给受体比例下仍能保持较好的能量转移，其能量转移效率最高可达75％；天线效应达到40。

26、(2)本发明提供的光捕获体系荧光颜色可调，随着受体比例增加，逐渐从青绿色荧光向红色荧光转变，值得注意的是可调制出显著的白色荧光发射，为制备新型高效的荧光材料提供借鉴和参考。

技术特征：

1.一种咔唑类水相人工光捕获体系，其特征在于，所述水相人工光捕获体系由化合物g和化合物h在水相溶液中通过主客体相互作用形成的超分子纳米颗粒包载荧光染料形成；

2.根据权利要求1所述的水相人工光捕获体系，其特征在于，所述荧光染料为磺基罗丹明，化学结构式如下式所示：

3.根据权利要求1所述的水相人工光捕获体系，其特征在于，所述化合物g与化合物h的摩尔比为(0.25～20):1。

4.根据权利要求3所述的水相人工光捕获体系，其特征在于，所述化合物g与荧光染料的摩尔比为(100～1000):1。

5.权利要求1～4任一项所述的水相人工光捕获体系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述含有荧光染料的溶液中的溶剂为二甲基亚砜、乙醇、n,n-二甲基甲酰胺和水中的一种。

7.权利要求1～4任一项所述的水相人工光捕获体系在制备发光材料中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述发光材料为激发波长为250～450nm的光致发光材料。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述发光材料为颜色可调的发光材料，颜色变化范围为青绿色至红色。

技术总结
本发明属于超分子人工光捕获体系发光材料技术领域，公开了一种咔唑类水相人工光捕获体系的制备方法及应用。本发明以苯基咔唑基修饰的丙烯腈衍生物化合物G作为客体分子和能量给体，以磷酸盐修饰的柱[5]芳烃化合物H作为主体分子，以荧光染料磺基罗丹明101作为能量受体，通过主客体相互作用构筑高效的水相人工光捕获体系。本发明制备的光捕获体系在高给受体比例下仍能保持优异的能量转移效率和天线效应，且制备成本低、环境友好、易于保存，在人工光捕获领域具有潜在的应用价值。

技术研发人员：孙广平,李梦行,蔡丽娟
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15