正烷烴的檢測一直是具有挑戰(zhàn)性的課題，這是由于正烷烴的分子結(jié)構(gòu)中只有C-C和C-H基團造成的。柱芳烴分子具有高對稱性及富電子內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)，能夠與正烷烴類分子產(chǎn)生主客體作用，因此可以利用這一性質(zhì)設(shè)計針對正烷烴的便攜式傳感系統(tǒng)，并輔以柱芳烴的熒光性質(zhì)以及低熔點柱芳烴的相變實現(xiàn)對正烷烴蒸汽在黑暗和自然光條件下的可視化檢測。
近日，中山大學(xué)張建勇課題組報道了一種檢測正烷烴的方法，柱芳烴化合物薄膜對正烷烴蒸汽表現(xiàn)出顯著的熒光增強和透明度下降。通過引入取代基和增加寡聚（乙二醇）鏈的長度，降低柱芳烴的熔點，得到低熔點的柱芳烴主體化合物，其中DBP[5]的熔點為117-118℃，而DEOP[5]在室溫下為液體。研究發(fā)現(xiàn)，柱芳烴表現(xiàn)出聚集誘導(dǎo)發(fā)光的性質(zhì)，如DBP[5]。
圖1：柱芳烴的結(jié)構(gòu)和DBP[5]在450 nm處的聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì) 用滴涂法將柱芳烴化合物制成薄膜。薄膜對不同蒸汽的響應(yīng)實驗表明，正烷烴蒸汽（正己烷、正戊烷、正庚烷）能夠引起無色透明的DBP[5]薄膜熒光的顯著增強和透明度的顯著降低。 圖2：DBP[5]薄膜對不同蒸汽的熒光響應(yīng) DBP[5]薄膜材料的循環(huán)性測試實驗表明，該薄膜材料對正己烷蒸汽的響應(yīng)可以回收利用至少五次，具有良好的循環(huán)利用性。 圖3：DBP[5]薄膜材料的循環(huán)性測試 從DBP[5]?n-C6H14晶體結(jié)構(gòu)中推斷，DBP[5]中的溴乙基可能在DBP[5]與正己烷的主客體系統(tǒng)中起到重要的作用，可以阻止客體分子逃逸并使主客體系統(tǒng)更加穩(wěn)定。 圖4：DBP[5]?n-C6H14的X-射線單晶結(jié)構(gòu) DSC結(jié)果表明吸附了正己烷蒸汽后的DBP[5]薄膜在第一次加熱過程中釋放了正己烷后重新表現(xiàn)出與DBP[5]一致的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，這一結(jié)果進一步說明了該材料的可循環(huán)使用性。同時，PXRD測試表明，在吸附了正己烷蒸汽后，DBP[5]薄膜從無色透明變成白色不透明歸因于該薄膜由無定形結(jié)構(gòu)變成晶態(tài)結(jié)構(gòu)，由各向異性變成各向同性。 圖5：DBP[5]薄膜對正己烷蒸汽響應(yīng)前后的DSC和PXRD測試 這項工作為通過主客體作用開發(fā)基于大環(huán)分子的熒光傳感器提供了一種創(chuàng)新策略，同時為解決烷烴蒸汽難以檢測的問題提供了一個簡單易行的思路。 點擊“閱讀原文”直達上述文章 Pillararene for fluorescence detection of n-alkane vapours Xiying Feng, Jinyi Wu, Peisen Liao, Jing Guo, Zhiwei Li, Ruizhu Lin, Zhenguo Chi, Jianyong Zhang and Stuart L. James Mater. Chem. Front., 2021, 5, 7910-7920 https://doi.org/10.1039/D1QM01112J *文中圖片皆來源上述文章 通訊作者簡介 張建勇 教授 中山大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 張建勇，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授。1996年于中南工業(yè)大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，1999年于南開大學(xué)獲碩士學(xué)位，2003年于新加坡國立大學(xué)獲博士學(xué)位。2002至2003年在法國國家科學(xué)研究中心催化研究所進行博士后研究，2003至 2006年在英國貝爾法斯特女王大學(xué)進行博士后研究。2006年起就職于中山大學(xué)。主要從事超分子材料等方面的研究。迄今已在國際材料或化學(xué)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI收錄論文110多篇，撰寫了凝膠化學(xué)專著《Gel Chemistry - Interactions, Structures and Properties》，2018年由Springer-Nature出版。相關(guān)應(yīng)用成果以第一發(fā)明人授權(quán)發(fā)明專利3件。
