由阴离子诱导对二氧化碳的吸收和释放具有多重响应的有机凝胶体系的研究

Several environmental issues caused by global climate warming due to green-house effect have been besetting people. In view of this situation, monitoring and control of the emission of carbon dioxide, which is the major green-house gas, are of great importance. However, the current techiques can not address the demand of the real-time analysis and emission control of carbon dioxide gas. .Fluorescence molecular sensor and smart gelator can offer the quantitative analysis and visual sensing means, respectively. However, the capturing and releasing gelation system for carbon dioxide that possesses both of these two abilities is rarely reported. To this end, we will devise a series of novel gelators based on ICT, AIE and excimer formation mechanisms, and investigate the optical and gel-based visual sensing abilities of these gelators for the capture and release of carbon dioxide gas. On the basis of these studies, the relationship between the carbon dioxide capture effect and gelator structure, choice of gelation solvents, the used amount of anion, and water amount will be revealed, which will render the direction for the design of the similar gelaton systems.

由温室效应导致的全球气候变暖引发的如雾霾频发等环境问题一直困扰着人们，为了改善这一现状，对主要温室气体二氧化碳的监测和控制排放显得尤为重要。但是目前常用的手段却不能满足对二氧化碳气体的实时监测和控制排放的要求。荧光分子传感器和智能型凝胶因子虽然对被分析物分别具有定量分析和可视性传感能力，但是同时具备这两种功能并对二氧化碳具有吸收和释放功能的凝胶体系却鲜有报道。因此本项目将设计一系列结构新颖的基于分子内电荷转移、聚集诱导发光和激基缔合物形成机理的凝胶因子，探索这些凝胶材料在阴离子诱导下对二氧化碳气体的吸收效率，并利用荧光和凝胶可视性手段对二氧化碳的吸收机理进行分析。通过以上研究，将揭示凝胶因子的分子结构、溶剂的选择、阴离子的用量及水分与二氧化碳吸收与释放效果的关系，为同类型凝胶因子的设计提供依据。

在该项目（21502040）的资助下，我们设计合成了一系列新颖的含有不同芳香基团和酰胺基团的酰腙衍生的凝胶因子。对所合成的化合物进行了凝胶性质测试，发现这些化合物可以对多种极性和非极性溶剂进行凝胶化，并且具有良好的凝胶性能，如凝胶稳定性好，最小凝胶化浓度低等。进一步研究表明所合成的化合物在凝胶形成过程中具有聚集诱导发光性质，以这些测试结果为基础，我们测试了这些凝胶在阴离子诱导下，对二氧化碳的传感能力。结果发现这些凝胶在氟离子作用下，首先转变为溶液，当通入二氧化碳时，溶液态又重新转变为凝胶态，而且转变过程是可逆的，并伴有荧光增强或者减弱的变化。根据这些性质，我们可以利用这些凝胶因子在阴离子存在的情况下，通过荧光变化对二氧化碳气流进行的定量检测，并且溶液转变为凝胶的检测过程不需要借助加热-冷却操作。另外，在DMSO中所得凝胶在氟离子刺激下形成的溶液还可以通过溶液-凝胶转变对空气中的二氧化碳进行可视性的传感。我们还合成了一系列新颖的在3位和4位上由萘环和胆固醇修饰的萘酰亚胺衍生的凝胶因子。对所合成的化合物进行了凝胶性质测试发现这些凝胶因子可以凝胶化一些芳香族溶剂和DMSO，并可形成稳定的凝胶。进一步测试表明，这些凝胶因子在DMSO中形成的凝胶在氟离子的刺激下可以转变为溶液，并伴有荧光变化。并且向这些溶液中通入二氧化碳，可以使其重新转变为凝胶，荧光得以恢复。不仅如此，这些溶液可以通过体系相态的转化以及荧光变化对空气中的二氧化碳进行可视性的定性分析和荧光强度定量分析。这些研究结果表明，该项目开发的凝胶体系对监测相对封闭的空间中的二氧化碳浓度具有潜在的应用价值。在本项目的支持下，我们所取得的相关成果已发表于国际期刊中，共发表学术期刊论文7篇，其中影响因子大于3.0的SCI收录期刊论文6篇，会议论文3篇，主要期刊包括Chemical Communications.，Sensors and Actuators B: Chemical，Dyes and Pigments等。