一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料及其在水蒸发中的应用

本发明属于共晶工程，特别是涉及一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料及其在水蒸发中的应用。

背景技术：

1、目前，反渗透、电渗析、膜蒸馏等技术被应用于淡水或净水，然而此类技术需要电能、热能、机械能提供动力，能耗高且对环境不友好，不利于人类社会的绿色可持续发展。太阳能是储能最丰富的可再生能源，充分利用收集太阳光，是有效补充水资源、缓解水资源短缺问题的最具前景的方法。在太阳能蒸发水系统中，光吸收材料发挥着重要作用，可吸收光能并将转换为热能，为水蒸发提供能量。因此，开发具有高效光吸收性能的光吸收材料具有重要研究意义。

2、共晶工程利用非共价键组装两种或两种以上的组分，其中给受体组分具有特定的化学计量比，以混合柱堆积或分列柱的模式堆积排列。在协同作用下，组分分子既能展现出本征特性，也可展现出优于组分本身的新颖性质。因此，共晶工程作为一种更为巧妙的策略，被广泛应用于开发各种功能性材料，包括刺激响应材料、双极性材料、光波导材料、光热材料等。在给体分子和受体分子间的相互作用下，如π-π相互作用、氢键相互作用、电荷转移相互作用，共晶的带隙得以窄化，从而促进吸收红移。相较于组分分子，共晶材料的光谱吸收范围得到大幅度拓宽，光吸收能力增强。

3、现有的长波段光吸收共晶材料，其光吸收范围多处于近红外区域，具有220-2500nm全光谱吸收波长的共晶材料极少。限制全光谱有机共晶材料发展的制约因素可归为：(1)共结晶机制尚未形成统一的理论依据，需进行更多的尝试，通过合理选择给受体分子，补充现有共晶体系；(2)较低的光吸收能力限制了太阳光的利用，无法有效将太阳能转换为热能，不利用太阳能蒸发水效率的提高；(3)现有的全光谱有机共晶材料所使用的的组分材料价格多为昂贵，大量使用造成成本过高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料及其制备方法和在水蒸发中的应用，针对现有材料的光吸收范围较窄，不能充分吸收利用全范围波段的太阳光，从而限制了其在水蒸发上的实际应用的技术缺陷，该材料价格低廉，光热转换性能高，在海水淡化、污水净化等领域具有潜在的应用前景。

2、本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

3、一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料，由受体分子四氰基对苯二醌和给体分子联苯胺或苯胺自组装形成，其中：

4、所述受体分子四氰基对苯二醌的结构如下化学式所示：

5、

6、所述给体分子联苯胺的结构如下化学式所示：

7、

8、r＝h r＝ch3 r＝ch2ch3 r＝ch2ch2ch3

9、或者，所述给体分子苯胺的结构式如下化学式所示：

10、

11、r＝h r＝ch3 r＝ch2ch3。

12、按物质的量份数计，受体分子四氰基对苯二醌和给体分子的化学计量比为(1-2)：1(即两者的物质的量的比)，优选为1：1。

13、全光谱有机共晶材料的吸收波长范围为220nm-2500nm。

14、一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料的制备方法，将受体分子四氰基对苯二醌和给体分子均匀分散在溶剂中，室温下静置，待溶剂完全挥发，得到共晶材料；给体分子为联苯胺或苯胺，按物质的量份数计，受体分子四氰基对苯二醌和给体分子的化学计量比为(1—2)：1(即两者的物质的量的比)，优选为1：1。

15、在上述技术方案中，所述溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃或者三氯甲烷中的一种。

16、在上述技术方案中，受体分子四氰基对苯二醌、给体分子的物质的量单位为mmol，溶剂的单位为ml。

17、本发明的全光谱有机共晶材料在水蒸发中的应用。

18、在上述技术方案中，蒸发水时，所使用的氙灯光源波长范围为220-2500nm，功率为1个太阳。水蒸发速率可达1.1-1.3kg·cm-2h-1，水蒸发效率可达51-75％。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、1.本发明提供的全光谱有机共晶材料制备方法具有便捷高效、原材料价格低廉的优点、重复性好、产率高的优点。

21、2.本发明提供的全光谱有机共晶材料，给受体组分间的电荷转移相互作用促进其光吸收的红移，吸收波长可覆盖220-2500nm的全波段太阳光谱。光吸收能力强，提高了太阳光利用率。

22、3.本发明提供的全光谱有机共晶材料，在进行光热转换后用于水蒸发方面具有明显的优势，在海水淡化、污水净化等领域显示出极大的潜在应用价值。

技术特征：

1.一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料，其特征在于，其吸收波长范围为220nm-2500nm，由受体分子四氰基对苯二醌和给体分子自组装形成，其中：受体分子四氰基对苯二醌的结构如下化学式所示：

2.根据权利要求1所述的一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料，其特征在于，按物质的量份数计，受体分子四氰基对苯二醌和给体分子的化学计量比为1∶1。

3.如权利要求1或者2所述的一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料的制备方法，其特征在于，将受体分子四氰基对苯二醌和给体分子均匀分散在溶剂中，室温下静置，待溶剂完全挥发，得到共晶材料；给体分子为联苯胺或苯胺，按物质的量份数计，受体分子四氰基对苯二醌和给体分子的化学计量比为(1-2)∶1。

4.根据权利要求3所述的一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料的制备方法，其特征在于，按物质的量份数计，受体分子四氰基对苯二醌和给体分子的化学计量比为1：1。

5.根据权利要求3所述的一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃或者三氯甲烷中的一种。

6.根据权利要求3所述的一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料的制备方法，其特征在于，受体分子四氰基对苯二醌、给体分子的物质的量单位为mmol，溶剂的单位为ml。

7.如权利要求1或者2所述的一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料在水蒸发中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，使用的氙灯光源波长范围为220-2500nm，功率为1个太阳；水蒸发速率可达0.8-1.1kg·cm-2h-1，水蒸发效率可达51-75％。

技术总结
本发明公开一类基于四氰基对苯二醌的全光谱有机共晶材料及其在水蒸发中的应用，全光谱有机共晶材料由有机受体分子四氰基对苯二醌和和给体分子联苯胺或苯胺通过非共价组装而成。全光谱有机共晶材料的制备方法为：将给体分子和受体分子混合后，溶于有机溶剂，超声处理，室温下静置待缓慢挥发。本发明的全光谱有机共晶材料具有制备方法简单、便捷高效、价格低廉、重复性好、产率高的优点；给受体分子间的相互作用促进了吸收红移，使光吸收范围拓宽至220‑2500nm全光谱，丰富了全光谱有机共晶体系。本发明所制备的全光谱有机共晶材料在光热转换及水蒸发方面显示出优异的性能，且在水蒸发、海水淡化、污水净化等领域具有潜在应用。

技术研发人员：张小涛,姜梦佳,孙玲杰,杨方旭,胡文平
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12