[发明专利]一对具有圆偏振发光效应的卡宾保护金纳米团簇及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有圆偏振发光效应的高量子产率的卡宾保护金纳米团簇及其制备方法和应用，属于手性化合物领域。本发明选用手性金卡宾前驱体（简写为R‑Au‑NHC或S‑Au‑NHC）为手性来源，利用手性配体诱导策略，合成了一对原子精确的氮杂环卡宾保护的手性金簇(R/S)‑Au₁₃，该团簇表现出良好的手性特征，具有显著的圆二色信号和圆偏振发光性质，其荧光量子产率约为61%。这使得卡宾保护的金纳米团簇在圆偏振发光方面有着潜在应用价值。

技术领域

本发明属于手性化合物领域，具体涉及一种高光致发光量子产率的卡宾保护金纳米团簇及其制备方法和圆偏振发光应用。

背景技术

作为一种新兴的原子精确纳米材料，货币金属纳米团簇为研究原子级的量子效应以及构效关系提供了理想模型。目前，硫醇、有机膦、炔基衍生物、羧酸衍生物和含吡啶分子等配体通常被用于制备货币金属纳米团簇，且被应用于催化、传感、医药、数据存储和光电子等领域。然而，受限于团簇稳定性较差、构效关系不明确、制备过程不可控等因素，由以上配体构筑的原子精确的货币金属纳米团簇的合理设计和功能化仍然任重道远。氮杂环卡宾配体保护的货币金属纳米团簇的数量和性质研究可谓稀少，这主要是由于自由氮杂环卡宾的活性太强，在与多个金属配位形成纳米团簇之前，大部分倾向于先形成简单的稳定的线型或四边形等金属卡宾配合物，从而丧失了进一步反应形成团簇的机会窗口。

原子精确的手性金纳米团簇因其在手性催化、圆偏振发光等领域的应用，越来越引起科学家的关注。通常，手性金属纳米团簇的制备方法有三种：一是通过固有的手性金属内核，二是通过手性配体保护非手性金属内核，三是通过非手性内核周围非手性配体的手性排列。圆偏振发光(CPL)源自发光材料的手性发射态，这需要材料自身发光和手性性质之间的有效协同作用。近些年，由于CPL在立体成像，安全编码，光学数据存储和3D显示方面的潜在应用而引起了人们的广泛兴趣。

到目前为止，要在原子精确的金纳米团簇上实现明亮的室温发光或手性仍然是一个巨大的挑战，更不用说更加困难的CPL性质，因为低的光致发光量子产率和小的不对称性因子阻碍了对CPL的检测。目前来看，开发新的CPL活性材料依然任重道远。目前，构筑手性团簇的方法主要包括如下四种：(1)高效液相色谱分离策略；(2)手性离子对策略；(3)超分子组装策略；(4)手性配体诱导策略。

发明内容

本发明目的在于提供一对高量子产率的卡宾保护金纳米团簇材料；另一目的在于提供其在圆偏振发光中的应用。

为实现本发明的目的，本发明以手性金卡宾作为前驱体(图1)，利用手性配体诱导策略，合成一对原子精确的氮杂环卡宾保护的手性金簇Au₁₃，该团簇表现出良好的手性特征，具有显著的圆二色信号和圆偏振发光性质。

所述手性金纳米团簇粉末通过如下步骤制备而成：

取手性金卡宾前驱体(R)-Au-NHC或(S)-Au-NHC溶于甲醇，0℃下搅拌，随后缓慢加入NaBH₄的甲醇溶液。搅拌，加入过量的NaBr，混合液继续避光搅拌，将溶液浓缩除去甲醇，加入二氯甲烷，高速离心，收集上清液，浓缩，用二氯甲烷/甲醇过柱，将溶液浓缩，二氯甲烷/乙醚重结晶，得棕红色产物。

所述手性金纳米团簇单晶通过如下步骤制备而成：R-Au₁₃单晶的制备：取上述粗产物簇溶于二氯甲烷，室温下，正己烷和乙醚混合液缓慢扩散滴入，静置后，得深红色棒状晶体。其晶体结构见图2a。化学式为：C₁₆₈H₁₅₂Au₁₃Br₄ClN₂₄，属于正交晶系，空间群为手性空间群P2₁2₁2₁，晶胞参数如下：α＝90°，β＝90°，γ＝90°，