正烷烃的检测一直是具有挑战性的课题，这是由于正烷烃的分子结构中只有C-C和C-H基团造成的。柱芳烃分子具有高对称性及富电子内部空腔结构，能够与正烷烃类分子产生主客体作用，因此可以利用这一性质设计针对正烷烃的便携式传感系统，并辅以柱芳烃的荧光性质以及低熔点柱芳烃的相变实现对正烷烃蒸汽在黑暗和自然光条件下的可视化检测。

近日，中山大学张建勇课题组报道了一种检测正烷烃的方法，柱芳烃化合物薄膜对正烷烃蒸汽表现出显著的荧光增强和透明度下降。通过引入取代基和增加寡聚（乙二醇）链的长度，降低柱芳烃的熔点，得到低熔点的柱芳烃主体化合物，其中DBP[5]的熔点为117-118℃，而DEOP[5]在室温下为液体。研究发现，柱芳烃表现出聚集诱导发光的性质，如DBP[5]。

图1：柱芳烃的结构和DBP[5]在450 nm处的聚集诱导发光性质

用滴涂法将柱芳烃化合物制成薄膜。薄膜对不同蒸汽的响应实验表明，正烷烃蒸汽（正己烷、正戊烷、正庚烷）能够引起无色透明的DBP[5]薄膜荧光的显著增强和透明度的显著降低。

图2：DBP[5]薄膜对不同蒸汽的荧光响应

DBP[5]薄膜材料的循环性测试实验表明，该薄膜材料对正己烷蒸汽的响应可以回收利用至少五次，具有良好的循环利用性。

图3：DBP[5]薄膜材料的循环性测试

从DBP[5]⊃n-C₆H₁₄晶体结构中推断，DBP[5]中的溴乙基可能在DBP[5]与正己烷的主客体系统中起到重要的作用，可以阻止客体分子逃逸并使主客体系统更加稳定。

图4：DBP[5]⊃n-C₆H₁₄的X-射线单晶结构

DSC结果表明吸附了正己烷蒸汽后的DBP[5]薄膜在第一次加热过程中释放了正己烷后重新表现出与DBP[5]一致的玻璃化转变温度，这一结果进一步说明了该材料的可循环使用性。同时，PXRD测试表明，在吸附了正己烷蒸汽后，DBP[5]薄膜从无色透明变成白色不透明归因于该薄膜由无定形结构变成晶态结构，由各向异性变成各向同性。

图5：DBP[5]薄膜对正己烷蒸汽响应前后的DSC和PXRD测试

这项工作为通过主客体作用开发基于大环分子的荧光传感器提供了一种创新策略，同时为解决烷烃蒸汽难以检测的问题提供了一个简单易行的思路。

点击“阅读原文”直达上述文章

Pillararene for fluorescence detection of n-alkane vapours

Xiying Feng, Jinyi Wu, Peisen Liao, Jing Guo, Zhiwei Li, Ruizhu Lin, Zhenguo Chi, Jianyong Zhang and Stuart L. James

Mater. Chem. Front., 2021, 5, 7910-7920

https://doi.org/10.1039/D1QM01112J

*文中图片皆来源上述文章

张建勇 教授

中山大学 材料科学与工程学院