[发明专利]微波辐射合成无金属无重原子长寿命室温磷光聚合物方法

说明书

本发明涉及一种通过微波辐射合成无金属无重原子长寿命室温磷光聚合物方法。该方法是在微波作用下乙烯基咔唑与丙烯酰胺单体通过自由基共聚制备具有长寿命的室温磷光聚合物材料，室温下磷光寿命长，同时原料易得，制备方法简单方便，反应时间短，产品无毒、无污染、无重金属、无卤素，水溶性好，有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种微波辐射合成无金属无重原子长寿命室温磷光聚合物方法，属于有机发光材料领域。

背景技术

具有量子产率高、斯托克斯位移大、寿命长等优点的室温磷光材料在生物成像、化学传感器、光电子等领域具有重要的应用价值。目前大部分室温磷光材料为无机化合物、金属有机配合物和纯有机化合物。由于无机化合物磷光材料主要是利用高温固相法、溶胶-凝胶法等高温方法制备条件相对苛刻，有机金属配合物主要是铱、铂、锇、铕等贵金属络合物资源紧缺、价格昂贵以及重金属的毒性，而纯有机室温磷光化合物具有制备条件温和、成本低、分子设计多样、环境友好、良好的生物相容性和良好的加工性等诸多优点，具有广阔的应用前景。

然而室温条件下，因为单线态与三线态弱的轨道耦合、三线态激发态又很容易通过分子内振动转动和外部猝灭(如氧气和水分等)发生非辐射跃迁，使磷光材料尤其是纯有机磷光材料的效率较低，难以实现有效的超长寿命室温磷光。这导致了纯有机磷光材料更多存在于超低温条件下(77K)或在惰性氛围，在一定程度上限制了纯有机磷光材料的应用，发展比较缓慢。近年来，主要通过两种途径来增强室温磷光：一，通过引入重原子（卤素等）、杂环原子或芳香羰基等来促进轨道耦合作用，进而促进系间窜跃；二，提供刚性介质来抑制非辐射跃迁，进而稳定三线态激发态，从而促进室温磷光的产生，比如形成晶体诱导、磷光发光体掺杂或键合聚合物中、嵌入刚性主体材料或构建MOF框架等。

将磷光发光体掺杂或键合引入聚合物体系，与晶体类似，在聚合物内可以有效地抑制发光体分子间的振动和转动，减少非辐射跃迁，稳定有机发光分子的三重态，从而促进室温磷光的产生。马骧等发现（中国专利CN107056982A，CN106118631A，CN106188391B，CN109306034A）将带有重原子（以溴为主）官能团的基团或含氧官能团的芳香环和双键的聚合物单体与丙烯酰胺通过自由基聚合制备得到纯有机室温磷光聚合物材料，通过聚丙烯酰胺的氢键网络抑制羰基官能团三线态的非辐射驰豫，同时氢键网络维持了溴原子与羰基之间的重原子效应，增强了羰基官能团磷光发射能力，使其在室温下就能发出较强的磷光，其中部分发明中单体含有卤素重原子，重原子的存在会增加材料的成本，也具有相对的毒性。

具有杂环N原子的咔唑价格便宜易于获得，同时具有多个可以修饰的位点，因此咔唑及其衍生物常作为有机磷光的结构单元。和传统方法相比，微波辐射反应具有时间短、反应速率高、产率高、物耗低等特点，在化学合成领域有广泛的应用前景。本发明通过微波辐射用乙烯基咔唑与丙烯酰胺通过自由基共聚获得的聚合物材料具有超长寿命的有机磷光材料，室温下磷光寿命长，同时原料易得价格便宜，制备方法简单方便，产品无毒、无污染、无重金属、无卤素，水溶性好，有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过微波辐射合成无金属无重原子长寿命室温磷光聚合物方法。

为实现本发明的目的采用的技术方案是：

将乙烯基咔唑与丙烯酰胺两种共聚单体按0.5~8:100摩尔比溶于溶剂中，加入引发剂，体系中引发剂、共聚单体、溶剂的质量比为0.5~1.5：100：500~2000，混匀后置于微波反应器中在一定微波输出功率下回流共聚反应3~8 min，冷却至室温后，将反应液进行后处理即得到一种无金属无重原子长寿命室温磷光聚合物材料。

所述的溶剂是水或N,N-二甲基甲酰胺。

所述的引发剂是过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾或偶氮二异丁腈。

所述的微波反应器中的微波输出功率为50 W~750 W。