本發(fā)明涉及聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料制備，特別是涉及一種聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、熒光太陽(yáng)能聚光器(lscs)是一種簡(jiǎn)單的光能吸收、轉(zhuǎn)換和集中裝置，它由一塊具有高折射率特性的透明薄板構(gòu)成，其中嵌入了低濃度的發(fā)光體(發(fā)光物質(zhì)或熒光物質(zhì))。lsc的發(fā)光體吸收太陽(yáng)輻射光譜中的大部分光，然后通過(guò)光致發(fā)光(pl)過(guò)程以更長(zhǎng)波長(zhǎng)重新發(fā)射出來(lái)。光致發(fā)光是一種在許多光學(xué)和半導(dǎo)體有機(jī)及無(wú)機(jī)材料中發(fā)生的光化學(xué)過(guò)程。此外，該系統(tǒng)除了在主體基質(zhì)中包含熒光發(fā)射體之外，還依賴(lài)于光學(xué)波導(dǎo)原理以及額外的周邊光伏(pv)電池來(lái)將熒光光子轉(zhuǎn)換為電能，從而提高單位面積太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

2、由于熒光材料會(huì)存在自吸收現(xiàn)象(即吸收光譜與發(fā)射光譜出現(xiàn)重疊的情況)，并且在光波導(dǎo)的過(guò)程中熒光會(huì)經(jīng)歷多次自吸收，所以熒光傳遞的過(guò)程中會(huì)大大降低到達(dá)器件邊緣的強(qiáng)度，同時(shí)熒光太陽(yáng)能聚光器的光電轉(zhuǎn)化效率會(huì)隨著器件尺寸的增加大幅的衰減。不僅如此，熒光太陽(yáng)能聚光器效率也受到熒光材料自身的熒光量子產(chǎn)率的影響，比如發(fā)出紅光的分子(發(fā)射波長(zhǎng)大于600nm)的熒光量子效率較低，且存在嚴(yán)重的自吸收現(xiàn)象。而如何使得聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料具有弱自吸收現(xiàn)象與高熒光量子效率，從而制備出高效率的熒光太陽(yáng)能聚光器，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料及其制備方法和應(yīng)用，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明的技術(shù)方案之一：一種聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料，結(jié)構(gòu)式如式(1)所示：

4、

5、其中，r1和r2各自獨(dú)立的選自h、甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、叔丁基、正戊基或正己基；

6、r3選自

7、噻吩環(huán)上r1和r2的修飾，可以改變化合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，在聚集態(tài)下有更高的熒光量子效率。

8、本發(fā)明的技術(shù)方案之二：一種上述聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料的制備方法，包括以下步驟：

9、(1)在保護(hù)氣氛下，將不同取代的噻吩甲醛、菲醌、苯胺、氯化銨和催化劑混合，在酸溶液的催化作用下進(jìn)行美拉德反應(yīng)，純化后得到中間體；

10、所述不同取代的噻吩甲醛的結(jié)構(gòu)式為

11、所述中間體的結(jié)構(gòu)式為

12、(2)在保護(hù)氣氛下，將所述中間體、化合物1、4,7-雙(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜戊硼烷-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑和溶劑混合均勻后在堿性條件下進(jìn)行suziki偶聯(lián)反應(yīng)，純化后得到所述聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料；

13、所述化合物1的結(jié)構(gòu)式為

14、其中，r1和r2各自獨(dú)立的選自h、甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、叔丁基、正戊基或正己基；

15、x為硼酸基、硼酸酯基、br或i。

16、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述不同取代的噻吩甲醛、菲醌、苯胺和氯化銨的摩爾比為1:1:1:1、1:1:2:1.5或1:1:2.5:1.5；

17、所述美拉德反應(yīng)的溫度為120～130℃；

18、所述催化劑包括乙酸銨、乙酸鉀或乙酸鈉。

19、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述純化的方法包括：將美拉德反應(yīng)后獲得的粗產(chǎn)物用水猝滅后加入二氯甲烷進(jìn)行萃取，萃取物經(jīng)層析柱分離；

20、所述層析柱分離采用的洗脫液為體積比為1:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液。

21、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述中間體、化合物1、4,7-雙(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜戊硼烷-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑的摩爾比為1:1:1、1.1:1:1或1:1:1.1；

22、所述suziki偶聯(lián)反應(yīng)的溫度為90～100℃，時(shí)間為12～36h；

23、所述溶劑為體積比為20:3、4:1、5:1或5:2的甲苯與水的混合溶劑。

24、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述純化的方法包括：將suziki偶聯(lián)反應(yīng)后獲得的粗產(chǎn)物用水猝滅后加入二氯甲烷進(jìn)行萃取，萃取物經(jīng)層析柱分離；

25、所述層析柱分離采用的洗脫液為體積比為1:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液。

26、所述聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)式如下：

27、

28、本發(fā)明的技術(shù)方案之三：一種上述聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料在熒光太陽(yáng)能聚光器制備中的應(yīng)用。

29、本發(fā)明的技術(shù)方案之四：一種熒光太陽(yáng)能聚光器，包括上述聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料。

30、本發(fā)明的技術(shù)方案之五：一種上述熒光太陽(yáng)能聚光器的制備方法，包括以下步驟：

31、將所述聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料加入高分子聚合物溶液中，混合均勻后涂布在基材上，干燥后得到所述熒光太陽(yáng)能聚光器。

32、本發(fā)明的技術(shù)方案之六：一種上述熒光太陽(yáng)能聚光器在植物種植中的應(yīng)用。

33、本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

34、(1)本發(fā)明制備的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料是一種具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)的有機(jī)小分子，采用該聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料制備的熒光太陽(yáng)能聚光器克服了現(xiàn)有熒光太陽(yáng)能聚光器效率低下的問(wèn)題(紅光熒光量子效率低下)，尤其是受到自吸收現(xiàn)象影響以及尺寸增加導(dǎo)致效率衰減的問(wèn)題(即本發(fā)明制備的熒光太陽(yáng)能聚光器具有高熒光量子產(chǎn)率與弱自吸收紅光的優(yōu)點(diǎn)，圖2和圖6)。

35、(2)本發(fā)明通過(guò)對(duì)化合物分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在不同的化學(xué)位點(diǎn)進(jìn)行電子給體與受體的修飾與更換(如烷基鏈的位置)，改變聚集態(tài)的分子構(gòu)型和構(gòu)象，從而提高分子的熒光量子效率(相比溶液態(tài)，聚集態(tài)最大可以提高20％)，增加斯托克斯位移，減弱自吸收。

36、(3)本發(fā)明的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料的合成步驟簡(jiǎn)易，不僅可以高效、大批量制備，且所制得的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料具有高熒光量子效率、大斯托克斯位移，寬可見(jiàn)光吸收光譜與優(yōu)異的抗光漂白性(圖6)。

37、(4)通過(guò)測(cè)定本發(fā)明制備的熒光太陽(yáng)能聚光器的光電轉(zhuǎn)換效率，證明了其在尺寸增加時(shí)效率衰減微弱。其中大尺寸的熒光太陽(yáng)能聚光器(0.04平方米)時(shí)候依舊保持1.7％的光電轉(zhuǎn)化效率。

38、(5)將本發(fā)明制備的熒光太陽(yáng)能聚光器結(jié)合在溫室外墻上，用于溫室植物培養(yǎng)，可以減少紫外光對(duì)作物生長(zhǎng)的抑制效應(yīng)，改善透過(guò)光的光質(zhì)，促進(jìn)作物光合作用，增加了農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量。

技術(shù)特征：

1.一種聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料，其特征在于，結(jié)構(gòu)式如式(1)所示：

2.一種權(quán)利要求1所述的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述不同取代的噻吩甲醛、菲醌、苯胺和氯化銨的摩爾比為1:1:1:1、1:1:2:1.5或1:1:2.5:1.5；所述美拉德反應(yīng)的溫度為120～130℃；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述純化的方法包括：將美拉德反應(yīng)后獲得的粗產(chǎn)物用水猝滅后加入二氯甲烷進(jìn)行萃取，萃取物經(jīng)層析柱分離；

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述中間體、化合物1、4,7-雙(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜戊硼烷-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑的摩爾比為1:1:1、1.1:1:1或1:1:1.1；

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述純化的方法包括：將suziki偶聯(lián)反應(yīng)后獲得的粗產(chǎn)物用水猝滅后加入二氯甲烷進(jìn)行萃取，萃取物經(jīng)層析柱分離；

7.一種權(quán)利要求1所述的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料在熒光太陽(yáng)能聚光器制備中的應(yīng)用。

8.一種熒光太陽(yáng)能聚光器，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料。

9.一種權(quán)利要求8所述的熒光太陽(yáng)能聚光器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.一種權(quán)利要求8所述的熒光太陽(yáng)能聚光器在植物種植中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明制備的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料是一種具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)的有機(jī)小分子，采用該聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料制備的熒光太陽(yáng)能聚光器克服了現(xiàn)有熒光太陽(yáng)能聚光器效率低下的問(wèn)題，尤其是隨著器件尺寸的增加導(dǎo)致的效率大幅衰減的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：唐本忠,楊澤銘,丘子杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：香港中文大學(xué)（深圳）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28