一种Ir(piq)3分子晶体的形貌调控方法及其在电化学发光波导中的应用

本发明属于电化学发光聚集体的形貌调控领域，具体涉及一种ir(piq)3分子晶体的形貌调控方法及其在电化学发光波导中的应用。

背景技术：

1、电化学发光(ecl)是由电极表面发生的电化学反应引发的一种可控发光现象。ecl具有低背景、高灵敏度和优越的时空可控性的特点，已成为当前最先进的信号转导技术之一,在商业生化分析和临床诊断中具有非常强大的应用前景，除了具有上述优点外,ecl成像分析还具有分析通量高和可视化等特点，是一种强大的表面分析技术，广泛应用于基于ecl的传感阵列显微镜、潜在指纹、单个微/纳米颗粒、单细胞和亚细胞结构的成像。近年来诸如自增强ecl、电位分辨多色ecl、聚集诱导ecl(aiecl)、表面等离子激元共振调控ecl、光诱导ecl、圆偏振ecl等电化学发光新概念、新技术引起了人们的关注。最近，ecl波导(eclw)首次在三-(1-苯基异喹啉-c2,n)铱(iii)(ir(piq)3)单晶分子线中被观察到，它不仅可以作为ecl发射器，同时还可以作为有源波导远程传播ecl。基于此，电化学发光波导作为一项全新概念和技术而提出。

2、基于分子线的eclw在非接触电化学分析和(生物)化学系统的研究中具有广阔的应用前景。与传统光波导相比，eclw具有近零背景和特定的分子功能的优点。光波导过程中的光损耗是评价ecl波导性能的主要参数。光学损耗一方面取决于晶体结构的质量，如表面粗糙度和缺陷密度，它们会影响散射损耗。另一方面，(ir(piq)3)分子晶体(n＝1.79)的低折射率不可避免地造成相对较高的衬底效应，这是晶体有机波导发展的一个主要缺点。为了克服这一困难，人们尝试了许多方法去降低波导周围环境的折射率。例如，zhao等人制备了中空的9,10-双-(苯乙基)蒽(bpea)微管，利用管内的空气将衬底效应降至最低，以减少光学损耗。huang和他的同事证明了垂直生长的纳米线由于波导周围空气的低折射率，它可以通过最小化衬底效应来有效地减少光损耗。为了进一步提高分子晶体的光子引导效率，需要探索新的合成策略来改善波导性能。到目前为止，波导合成策略的研究主要集中在固体和空心结构，包括微/纳米线、微棒、微管、和纤维，而对于对称空腔微半管这种特殊结构的关注较少。

3、众所周知，一维有机晶体具有优异的光电性能，是多通道信号转换器、有机场效应光波导、化学传感器、和光逻辑门等光子器件的重要组成部分。具体来说，有机晶体通常适用于光子、电子和激子的输运。此外，含π共轭有机分子的一维晶体可以提高电荷输运率。这些材料具有裁剪能力、良好的可加工性、缺陷少、均匀的形貌、良好的热稳定性、溶液加工和高的光致发光(pl)效率等基本优点。然而，控制合成具有规则形态的微晶体仍然是一个巨大的挑战。由有机分子构成的有机微纳米结构是基于弱分子间相互作用，如范德华力，这不同于无机晶体内部的强键相互作用，如离子键。因此，溶剂种类、温度、溶液浓度、表面活性剂等外部实验条件都容易影响有机微/纳米晶体的成核。这些影响因素是如此之多和复杂，使得具有可控形状的微/纳米结构的目标不容易实现。尽管有几个小组报道了具有控制形状的有机微/纳米结构的合成过程，但有机微/纳米晶体的形态工程仍然是非常需要的。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明公开了本发明提供了一种ir(piq)3分子晶体的形貌调控方法，不仅有效降低了电化学发光过程中的光损耗，还实现了电化学发光信号的光增益效益。

2、一种ir(piq)3分子晶体的形貌调控方法，所述ir(piq)3晶体形貌调控方法是通过在再沉淀法生长晶体过程中引入水作为不良溶剂来实现，通过改变不良溶剂中乙醇和水的体积比来调控获得不同形貌的ir(piq)3分子晶体，具体步骤如下：

3、步骤1：将商品ir(piq)3粉末完全溶解在良溶剂中，配制成一定浓度的ir(piq)3溶液；

4、步骤2：根据ir(piq)3分子晶体的目标形貌，将按照乙醇和水一定的体积比混合，配制一定体积的不良溶剂的混合溶剂；

5、步骤3：在超声条件下将一定浓度的ir(piq)3溶液加入到乙醇和水的混合溶剂中；

6、步骤4：将上述混合分散液静置；

7、步骤5：分离，洗涤得到ir(piq)3分子晶体。

8、进一步的，所述步骤2中，ir(piq)3晶体可调控的形貌包括微棒、对称微半管和纳米棒结构；所述乙醇和水的体积比为1或7：3或5：5或3：7或0。

9、进一步的，乙醇和水的体积比为1时，ir(piq)3分子晶体为微棒结构；乙醇和水的体积比为7：3时，ir(piq)3分子晶体为含有对称空腔的微半管结构；乙醇和水的体积比为0时，ir(piq)3分子晶体为纳米棒结构。

10、进一步的，所述步骤1中用于溶解ir(piq)3粉末的良溶剂用四氢呋喃溶液，配制的ir(piq)3溶液的浓度为1mm。

11、进一步的，所述步骤4中，超声分散条件包括：ir(piq)3溶液体积为500ml，乙醇和水的混合溶剂的总体积为2ml；超声温度为35℃，超声时间为30s。

12、进一步的，所述步骤4的静置条件为常温避光。

13、进一步都额，所述步骤5的分离采用离心机分离，转速为8000rpm，

14、时间为3min，温度为25℃。

15、其中形貌调控方法得到的ir(piq)3分子晶体的电化学发光波导应用，其特征在于，所述的ir(piq)3微棒和对称微半管均具有中间暗，两端亮的电化学发光波导特性，其中，ir(piq)3微棒由于具有较高的衬底效应，在电化学发光传播过程中有部分光泄露，而ir(piq)3对称微半管由于管内空气的作用，可以减小衬底效应，从而大大提高了电化学发光波导传播效益，可以高效地将电化学产生的ecl转换为非导电区域的远程发光，并且有望用于(生物)化学系统的非接触电化学分析和研究，具备良好的应用前景。

16、本发明的技术原理是：由于分子晶体之间是通过弱的分子间作用力，如π-π堆积，氢键，静电作用等而合成的，可通过溶剂，超声时间，浓度等进行形貌调控。分子成核后，由于ir(piq)3分子晶体的(100)面具有较高的表面自由能，分子优先沿六棱柱晶体的边缘生长，形成内部中空的晶体结构，ir(piq)3分子在纯乙醇中溶解度较大，分子扩散速率大于生长速率，最终分子能够填满空腔，形成微棒结构。通过引入水，溶解度降低导致扩散速率小于生长速率，分子不能填满空腔而最终形成对称空腔的微半管结构。在纯水溶剂中，扩散长度与纳米棒半径相当，实现从纳米管到实心纳米棒的合成。ir(piq)3微棒和微管均为一维单晶结构，不仅可以作为电化学发光发射体，还可以用于有源电化学发光波导。ir(piq)3对称微半管结构由于两端的空腔中含有空气，可以有效减小衬底效应，从而有效减小电化学发光的光损耗，大大提高远程电化学发光效率。

17、本发明的有益效果:

18、1、本发明提供了一种改变不良溶剂比例的合成策略实现ir(piq)3分子晶体的形貌调控，有效合成ir(piq)3微棒，对称微半管和纳米棒结构。

19、2、本发明提供的形貌调控策略合成的ir(piq)3微棒和对称微半管均具有中间暗，两端亮的光波导特征，均可应用于电化学发光波导。

20、3、本发明提供的形貌调控策略合成的对称微半管新型结构由于管内空气的作用，可以有效减小传统光波导的衬底效应，从而大大减小电化学发光的光损耗系数，具有更加高效的电化学发光效果。