本技术涉及一种三维有机共晶材料的制备及其在化学技术领域的应用。该材料由给体和受体分子通过自组装形成非共价键,具有优异的结晶性和明确的晶面,展现出多样化的三维形态。
背景技术
有机共晶是由两种或以上有机分子通过分子间非共价作用(如p-p堆积、氢键、范德华力等)相互识别和共组装形成的具有固定化学计量比和有序堆积结构的晶体材料,其独特的化学结构、高度有序的分子排列以及优良的性能引起了广泛的研究兴趣。有机共晶具有高的光电传导能力、室温铁电性以及双光子吸收等特性,在多个领域具有广泛的应用潜力,如在光热治疗和成像领域,有机共晶可实现高效光热转换和成像;在双光子吸收领域,有机共晶展示了优异的双光子吸收特性,为三维荧光显微成像、光信息存储等提供了新材料;有机共晶还可以用于制备高性能的场效应晶体管和光电器件;在医药领域,有机共晶工程可以在保持原药效的前提下,极大改善药物的溶解度、生物利用度及稳定性。有机共晶在分子结构上具有独特的可调性,可通过改变原有单元的分子堆积方式,使分子重新有序排列,揭示分子水平上结构与性质关系,为新材料的设计和合成提供了广阔的平台。
有机共晶工程通过选择合适的组成单元操控有机分子的相互作用,产生可调控的结构、形态和尺寸;通过不同组成单元的协作策略实现稀有和多功能属性,在新功能材料开发中彰显出巨大的科学意义和实际价值。然而,传统的有机共晶多是由平面有机小分子供受体组装而成,通常只有分列或交错柱堆积两种方式,在共晶组装结构多样性上还存在不足。
与传统的共价有机合成方法相比,有机共晶制备策略提供了一种简单、环境友好、低成本的非共价材料构筑方法,避免了复杂的合成程序和冗长的合成步骤。同时,人们已经付出了巨大的努力来制备有机共晶材料,并开发了许多有效的方法,包括机械研磨法、溶剂蒸发法、重结晶法、升华共结晶法等。然而,并非所有方法都可以容易且有效地制备有机共晶材料,如溶剂蒸发法速度慢;重结晶法要求溶剂对样品溶解性一致,对于供体(D)和受体(A)这种D-A型反应体系,其供体受体分子通常溶解性相差较大;升华共结晶法只适应于沸点较高的物质,存在高成本、高能耗和低产量等问题,且在一定程度上难以调控晶体生长过程中分子间非共价相互作用,往往难以精准调控分子晶体的尺寸和形貌,这些问题在一定程度上限制了有机共晶材料大规模商业应用。
基于此,开发具有结构多样性的有机共晶材料及其可大规模合成的简单、低成本制备策略无疑是一个理想的方向,但由于不同组成协作单元选择的挑战性,因此对其的研究仍然很少。因此,无论从升级和改进现有制备方法还是开发新方法的角度,开发结构多样性有机共晶材料的制备策略都具有重要意义。
实现思路