[发明专利]一种稀土超分子包合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种稀土超分子包合物，该稀土超分子包合物的化学式为Ln(TQEB)(NO₃)₃·2CH₃OH·H₂O，Ln选自镧系元素。本发明提供的稀土超分子包合物中稀土镧系离子先通过与水和甲醇等质子性溶剂分子配位形成含有氢键作用位点的客体分子，再与主体分子TQEB上的喹啉吡啶N原子以及醚O原子形成强的多重氢键作用，通过主‑客体相互作用使得在有限域空间的稀土离子完全被主体分子包覆，形成独特的超分子胶囊形结构，从而实现荧光增强的效果，该稀土超分子包合物结构新颖、性能优异，解决了Ln(III)‑包合物因溶剂化的淬灭效应而丧失发光能力的技术问题。本发明还提供了该稀土超分子包合物的制备方法和应用。

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种稀土超分子包合物及其制备方法和应用，更具体地，涉及一类主客体作用与多重氢键作用协同驱动的稀土超分子包合物及其制备方法与应用。

背景技术

中国一直是世界上稀土资源最丰富的国家，素有“稀土王国”之称。但长期以来，由于稀土高科技附加值产品的缺乏，导致稀土被迫低价出口。开发基于稀土的高端下游产品，发挥稀土在荧光、生物成像、磁性、激光、光纤通信、贮氢能源、超导等材料领域的作用，已成为当前科技人员工作的重中之重，对国家的经济发展也具有重要的意义。

在稀土相关材料的开发中，镧系元素及其包合物已成为许多领域不可缺少的组成部分，如可再生能源能源，光电设备和医学成像。其中，镧系稀土有机生物荧光成像材料继承了稀土材料在光学性能方面的优异特点，但是，由于小分子镧系稀土配合物光和热稳定性差等因素影响，这些传统镧系稀土有机生物荧光成像材料的效率和寿命却远远没有达到它们的理论期望值，从而限制了它们在生物荧光成像技术中的应用。同时，水中强发光超分子的设计与合成对功能性生物荧光成像试剂的开发具有重要意义。特别是它在非质子型有机溶剂中独特的发射率是有机分子和其他金属包合物(如M＝Ir和Pt等)无法复制的，这促使人们对其广泛的应用进行了深入的研究。然而，镧系离子的激发态很容易被配位溶剂分子(如：水和甲醇等)猝灭。为了减弱这种溶液中质子型溶剂分子的猝灭效应，人们可采用以下两种有用的策略来提高发射率。一般的方法是引入硬给体原子(O或N原子)的多齿螯合配体，使其与镧系离子配位，从而防止溶剂干扰。另一种有效的策略是设计具有疏水腔的分子胶囊，其中的镧系离子或其复合物通过主客体作用被完全封装和屏蔽。因此，采用设计具有疏水腔的分子胶囊，使其将镧系离子完全封装并保护的方法，对稀土超分子包合物在发光材料上的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，本发明第一方面的目的在于，提出一种稀土超分子包合物，该稀土超分子包合物中稀土镧系离子先通过与水和甲醇等质子性溶剂分子配位形成含有氢键作用位点的客体分子，再与主体分子TQEB上的喹啉吡啶N原子以及醚O原子形成强的多重氢键作用，通过主-客体相互作用使得在限域空间的稀土离子完全被主体分子包覆，形成独特的超分子胶囊形结构，从而实现荧光增强的效果，该稀土超分子包合物结构新颖、性能优异，解决了现有技术中Ln(III)-包合物因溶剂化的淬灭效应而丧失发光能力的技术问题；本发明第二方面的目的在于，提出一种稀土超分子包合物的制备方法，其合成过程简单、产率高、纯度高；本发明第三方面的目的在于，提出一种稀土超分子包合物的应用。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种稀土超分子包合物，所述稀土超分子包合物的化学式为Ln(TQEB)(NO₃)₃·2CH₃OH·H₂O，所述稀土超分子包合物的结构式如下：

其中，Ln选自镧系元素。

第二方面，本发明提供了一种稀土超分子包合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：