一种萘二酰亚胺超分子光电材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，具体地说是一种萘二酰亚胺超分子光电材料及其制备方法与应用。

背景技术

1，4，5，8-萘二酰亚胺衍生物(NDIs)具有较大的平面芳香核结构，能够促进分子之间的聚集形成组装体，是近几年快速发展的一类能够有效构筑功能化自组装材料的化合物，结构式如下：

构筑单元萘二酰亚胺衍生物通过超分子作用力(氢键、π-π堆积、范德华力等)可组装形成管状、带状、棒状、球形、螺旋状等微观结构的聚集体，相应的超分子材料可用于光电器件、超分子开关、化学感应器以及生物技术等领域。

目前，现有技术中，对于萘二酰亚胺超分子材料，往往需要通过复杂的多步合成手段才能得到，从而增大了材料制备的成本与难度，从一定程度上限制了该类材料的应用与发展。此外，超分子组装材料的结构与应用性能关系也未进行充分探讨。因此，提供一种更加简便经济的方式制备萘二酰亚胺超分子光电材料，显得尤为重要。

离子自组装(ISA)是指通过静电作用，将带有相反电荷的构筑单元耦合，并进一步组装形成具有特定结构和功能材料的构建策略。该方法具有简单易行、经济性高、可设计性强、应用范围广等优点。因此，本发明将该方法应用于萘二酰亚胺超分子材料的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的萘二酰亚胺超分子光电材料及其制备方法与应用，本发明提供的萘二酰亚胺超分子光电材料具有独特的微观形貌、优异的导电性能和光响应特性；制备方法简单，原料阴离子萘二酰亚胺衍生物通过两步反应即可得到，原料价廉易得；所得到的萘二酰亚胺超分子光电材料可用作导电材料和光响应材料，对于研究材料的微观结构与光电性能的相互关系、光电材料的设计与开发具有重要意义。

本发明采用的技术方案是：

一种萘二酰亚胺超分子光电材料，所述萘二酰亚胺超分子光电材料具有以下结构：

其中，R

优选地，其结构式为

优选地，其结构式为

优选地，所述萘二酰亚胺超分子光电材料的形貌为片状结构或螺旋状结构。

本发明还提供了上述萘二酰亚胺超分子光电材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备阴离子萘二酰亚胺衍生物：将萘四酸酐和甘氨酸悬浮于丙酸中，回流反应，反应完毕，用NaHCO

S2、配制阴离子萘二酰亚胺衍生物水溶液；

S3、向所述阴离子萘二酰亚胺衍生物水溶液中加入阳离子表面活性剂，充分搅拌，静置，析出物经后处理得到萘二酰亚胺超分子光电材料。

优选地，步骤S3中所述阳离子表面活性剂为癸基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基溴化铵。

优选地，步骤S3中所述阴离子萘二酰亚胺衍生物水溶液中的阴离子萘二酰亚胺衍生物与阳离子表面活性剂的摩尔比为1:4-1:2。

本发明所提供的一种萘二酰亚胺超分子光电材料的形成机制如下：如图1所示，阴离子萘二酰亚胺衍生物与阳离子表面活性剂通过静电作用形成超分子表面活性剂，超分子表面活性剂通过萘二酰亚胺单元中芳环的π-π堆积作用和表面活性剂长链的疏水作用进一步组装成片状结构，片状结构经过二级组装分别形成薄片状结构以及螺旋结构。

本发明还提供了上述萘二酰亚胺超分子光电材料作为导电材料的应用；将上述萘二酰亚胺超分子光电材料分散在乙腈中，然后涂覆在电极上，干燥得到工作电极；用电化学工作站对所述工作电极进行电性能测试，测得其具有导电性。

本发明还提供了上述萘二酰亚胺超分子光电材料作为光响应材料的应用；将上述萘二酰亚胺超分子光电材料置于太阳光下照射，颜色随照射时间发生变化，展现出了光变色效应。

与现有技术相比，本发明所提供的一种萘二酰亚胺超分子光电材料及其制备方法与应用，

1、萘二酰亚胺超分子光电材料形貌可调控，具有优异的导电性能和光响应特性，可用作导电材料和光响应材料；

2、阴离子萘二酰亚胺衍生物与阳离子表面活性剂通过离子作用以及疏水作用共组装得到萘二酰亚胺超分子光电材料，制备方法简单，阴离子萘二酰亚胺衍生物通过两步反应便可得到，原料价廉易得，易于大量制备，有利于萘二酰亚胺超分子光电材料的应用与发展；

3、通过调控原料阴离子萘二酰亚胺衍生物与阳离子表面活性剂的摩尔比、阳离子表面活性剂的链长可对萘二酰亚胺超分子光电材料的微观结构进行调控，且不同微观结构的超分子材料展现出不同的光变色效应和导电性能，对于研究材料的微观结构与光电性能的相互关系、光电材料的设计与开发具有重要意义。

附图说明

图1为萘二酰亚胺超分子光电材料的形成机制示意图；

图2为材料A的宏观图片；

图3为材料A的光学显微镜图片；

图4为材料A与材料B以及阴离子萘二酰亚胺衍生物的红外光谱图；

图5为材料B的宏观图片；

图6为材料B的光学显微镜图片；

图7为材料A与材料B的电阻抗谱图；

图8为材料A的光变色响应图；

图9为材料B的光变色响应图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

一种萘二酰亚胺超分子光电材料的制备方法，具体步骤如下：

S1、制备阴离子萘二酰亚胺衍生物：将268mg萘四酸酐和150mg甘氨酸悬浮于15mL丙酸中，回流反应12h，反应结束后，抽滤，得到的产物用NaHCO

S2、配制阴离子萘二酰亚胺衍生物水溶液：将42.6mg阴离子萘二酰亚胺衍生物加入到10mL水中，得到浓度为10mM的阴离子萘二酰亚胺衍生物水溶液；

S3、取上述阴离子萘二酰亚胺衍生物水溶液5mL，向其中加入36.4mg十六烷基三甲基溴化铵(C

材料A的宏观结构如图2所示，其微观结构如图3所示，由图3可知，材料A的微观形貌为薄片状结构；材料A的红外光谱图如图4所示，其在2930，2850cm

实施例2

一种萘二酰亚胺超分子光电材料的制备方法，具体步骤如下：

S1、制备阴离子萘二酰亚胺衍生物：将268mg萘四酸酐和150mg甘氨酸悬浮于15mL丙酸中，回流反应12h，反应结束后，抽滤，得到的产物用NaHCO

S2、配制阴离子萘二酰亚胺衍生物水溶液：将42.6mg阴离子萘二酰亚胺衍生物加入到10mL水中，得到浓度为10mM的阴离子萘二酰亚胺衍生物水溶液；

S3、取上述阴离子萘二酰亚胺衍生物水溶液5mL，向其中加入28.0mg癸基三甲基溴化铵(C

材料B的宏观结构如图5所示，其微观结构如图6所示，由图6可知，材料B的微观形貌为螺旋状结构；材料B的红外光谱图如图4所示，其在2930，2850cm

实施例3

一种萘二酰亚胺超分子光电材料的制备方法，将实施例1步骤S3中十六烷基三甲基溴化铵的加入量由36.4mg变为54.6mg，其他步骤与实施例1一致。

实施例4

一种萘二酰亚胺超分子光电材料的制备方法，将实施例1步骤S3中十六烷基三甲基溴化铵的加入量由36.4mg变为72.8mg，其他步骤与实施例1一致。

实施例5导电性能测试

取1mg材料A分散在100μL乙腈中，取10μL分散液涂覆在ITO电极上，干燥，获得工作电极。使用电化学工作站对材料进行电学性能测试，电解液为含5.0mM[Fe(CN)

取1mg材料B分散在100μL乙腈中，取10μL分散液涂覆在ITO电极上，干燥，获得工作电极。使用电化学工作站对材料进行电学性能测试，电解液为含5.0mM[Fe(CN)

由图7可知材料A的电阻为60Ω，材料B的电阻为120Ω，即具有片状结构的材料A电导率大于具有螺旋结构的材料B，因此，通过调控萘二酰亚胺超分子光电材料的形貌改变了材料的导电性能。

实施例6光响应性能测试

取10mg材料A置于太阳光下照射，4h后材料由白色转变为粉色，8h后变为暗红色，如图8所示。

取10mg材料B置于太阳光下照射，4h后材料由白色转变为浅绿色，8h后变为暗绿色，如图9所示。

如图8-9所示，不同微观结构的萘二酰亚胺超分子光电材料展现出了不同的光变色效应，通过调控萘二酰亚胺超分子光电材料的形貌改变了材料的光响应性能。

以上对本发明所提供的一种萘二酰亚胺超分子光电材料及其制备方法与应用进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法和中心思想，所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。