[发明专利]掺杂咔唑衍生物的聚合物纳米纤维薄膜及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种掺杂咔唑衍生物的聚合物纳米纤维薄膜及其制备方法和在爆炸物蒸气检测方面的应用。聚合物纳米纤维薄膜中掺杂了一类基于咔唑的衍生物，结构通式如下所示：其中Ar为芳基基团；R₁、R₂是氢原子、烷基或烷氧基中的一种，出现时相同或不同。本发明采用静电纺丝将掺杂了上述咔唑衍生物的聚合物溶液一步直接制得聚合物纳米纤维传感薄膜，工艺快速简单，成本较为低廉。在咔唑衍生物掺杂浓度为聚合物的0.5wt％时，所得聚合物纳米纤维薄膜在DNT气氛中2小时内荧光猝灭效率达到73％，性能优于目前文献报道的复合型荧光传感材料。

技术领域

本发明属于聚合物纳米纤维薄膜荧光光谱技术领域，具体涉及一种掺杂咔唑衍生物的聚合物纳米纤维薄膜的制备方法及其在荧光检测爆炸物方面的应用。

背景技术

众所周知，爆炸物检测有着非常重要的意义，大到国家领土、军事活动的安全，小至环境、工业生产控制以及食品安全。目前，对爆炸物进行检测的手段主要是气相色谱法、离子迁移谱法、声表面波(SAW)技术、微机电系统(MEMS)传感技术、荧光传感技术以及生物传感技术等。其中，荧光化学传感器具有灵敏度高、操作便捷、适应性广的优点，有望在不远的将来获得大范围的实际应用。

目前文献报道的性能优良的传感材料有共轭聚合物(如五蝶烯类、二芳基聚乙炔类、螺芴类等)、有机纳米棒(如四联乙炔咔唑环状分子ACTC纳米棒)、量子点(如ZnS-Mn²⁺纳米晶)以及多孔金属-有机骨架材料(如Zn₂(bpdc)₂(bpee)，其中bpdc为4,4’-二苯二甲酸，bpee为1,2-二吡啶乙烯)。上述材料通常制备本较高、制备条件苛刻，这使得它们在传感检测方面的广泛应用具有一定的局限性。

本发明构筑了一种掺杂咔唑衍生物的聚合物复合纳米纤维薄膜，其掺杂的有机小分子合成成本较低，并且在掺杂质量分数为0.5wt％的情况下，该聚合物纳米纤维薄膜对2,4-二硝基甲苯(DNT)饱和蒸气的荧光猝灭效率达73.2％，性能大大优于已报道的四(4-甲氧基苯基)卟啉(TMOPP)/聚苯乙烯(PS)纳米纤维(Y.Yang,H.Wang,K.Su,Y.Long,Z.Peng,N.Liand F.Liu,J.Mater.Chem.,2011,21,11895；相同测试条件下，TMOPP/PS聚合物纳米纤维膜(其中TMOPP量分数为10wt％)对2,4-二硝基甲苯(DNT)饱和蒸气的荧光猝灭效率只有28％。同时，该掺杂咔唑衍生物的聚合物纳米纤维薄膜对4-硝基甲苯(NT)、2,4,6-三硝基苯酚(PA)、硝基苯(NB)和硝基甲烷(NM)四种爆炸物蒸气也可以进行有效的检测。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于采用静电纺丝方法制备一种掺杂咔唑衍生物聚合物纳米纤维薄膜及制备方法，进而提供该纳米纤维薄膜在爆炸物检测方面的用途。

技术方案：本发明的一种掺杂咔唑衍生物的聚合物纳米纤维薄膜掺杂的咔唑衍生物结构通式如下所示：

其中Ar表示芳基基团；R₁、R₂出现时相同或不同，是氢原子、烷基或烷氧基中的一种。

所述的芳基基团Ar是苯、联苯、萘、蒽、菲、芘、芴及芴的衍生物中的一种；R₁、R₂中，烷基链为C1～C12的直链或支链；R₁、R₂中，烷氧基链的烷基为C1～C4的直链或支链、O原子数为1～5。

本发明的掺杂咔唑衍生物的聚合物纳米纤维薄膜的制备方法为：

1)所用的聚合物为聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯或聚偏氟乙烯，所用的有机溶剂为氯仿或N,N二甲基甲酰胺；