本发明属于光热转化材料，具体涉及一种基于离子铵化合物的光热转化共晶材料及其制备方法，尤其涉及一种以阴离子br-为供电子源进行整数电荷转移的离子铵化合物作为电子供体的光热转化共晶材料及其制备方法。
背景技术：
1、自从1844年第一例有机共晶醌氢醌被报道以来，电荷转移共晶(ctcs)因其具有独特的导电性、双极性电荷传输、室温铁电性、光学非线性、高效室温磷光和近红外光热转换(adv.sci.,2023,2206830；j.am.chem.soc.,2021,143,19243-19256；angew.chem.int.ed.,2021,133,11864–11868；mater.chem.front.,2020,4,715-728)等诱人的物理化学性质而引起了广泛关注。ctcs由电子供体(d)和受体(a)分子通过分子间非共价相互作用(如电荷转移、氢键、π-π堆积、p-π相互作用、c-h…π等)共同组装而成(adv.mater.,2020,2001146；j.mater.chem.c,2018,6,1884-1902)。由于这些丰富的分子间相互作用，ctcs通常表现出超越于d/a单体的独特性质。更重要的是，共晶材料的合成制备只需要简单且低成本的制备方法，如机械化学法、溶液法和气相法，从而避免了复杂的合成过程(adv.mater.,2019,1902328)。2018年，天津大学胡文平课题组报告了首例用于近红外光热转换的ctcs，即采用二苯并四硫富瓦烯(dbttf)作为电子供体，1,2,4,5-四氰基苯(tcnq)作为电子受体。由于此类ctcs材料具有出色的近红外光捕获和转换能力，因此在光热治疗、光热成像、光声成像、海水淡化、形状记忆等领域备受关注(j.am.chem.soc.,2021,143,19243-19256；angew.chem.int.ed.,2018,57,3963–3967；chem.eng.j.,2021,421,127772)。
2、一般认为，ctcs的独特性质是源自于电子从供体到受体的离域和由此产生的轨道杂化。通过有效控制电荷转移性质，如电荷转移程度(dct)、基态和激发态的超快动力学以及电荷产生/分离/复合过程，可以合理地设计功能性共晶体材料(j.mater.chem.c,2014,2,3065–3076，j.mater.chem.c,2018,6,1884–1902)。因此，能够灵活而精确地调节电荷转移性质是实现ctcs诱人性质的关键。因为电荷转移相互作用主要发生在d/a单元的骨架原子之间，所以已公开的ctcs设计主要集中在d/a单元骨架原子的取代方面。但这是一个费时费力又耗能的过程，给获得预期的单体和理想的共晶带来很大的不便。且现有的共晶材料，其电荷转移程度不高，光热转换能力和太阳能驱动的界面水蒸发性能亟待提高。
技术实现思路
1、本发明针对现有共晶材料的光热转化效率和水蒸发速率不高的技术问题，提出了一种基于离子铵化合物的光热转化共晶材料及其制备方法，所述光热转化共晶材料具有高效光热转化效率和高水蒸发性能。
2、为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种光热转化共晶材料，包括电子供体和电子受体，所述电子供体为离子铵化合物，所述离子铵化合物的阴离子为br-；并且，br-的电子从所述电子供体离域至所述电子受体上，形成所述光热转化共晶材料。
3、具体地，本发明以阴离子为br-的离子铵化合物作为电子供体，且br-为供电子源进行整数电荷转移至电子受体；当电子供体与电子受体结合时，br-的电子从电子供体离域到电子受体上，形成电荷转移(ct)态，进而使体系的吸收光谱变宽，从而能够更有效地利用更宽波段的光。同时，电子供体与电子受体通过分子间电荷转移相互作用形成共晶材料时，这种ct复合物能够把吸收的光能主要以内转换或振动驰豫等非辐射跃迁的形式释放出去，可实现高效光热转化效率。
4、作为上述方案的进一步改进，所述离子铵化合物选自n-十八烷基-4-苯乙烯基吡啶溴盐(osb)、n-甲基-4-苯乙烯基吡啶溴盐(msb)、1-乙基溴化吡啶(epb)和四甲基溴化铵(tmab)中的至少一种。这些离子铵化合物分别具有不同的骨架结构、不同的共轭面积、烷基链长度和相同的反离子br-作为强推电子基团。
5、作为上述方案的进一步改进，所述电子受体为2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌(f4tcnq)，f4tcnq含有强吸电子基团，与电子供体中的强推电子基团br-结合时，有利于br-的电子从供体离域到受体上。
6、作为上述方案的进一步改进，所述电子供体与所述电子受体的摩尔比为(0.25-4)：1。
7、优选的，所述电子供体与所述电子受体的摩尔比为(0.5-1.5)：1。
8、本发明的第二方面提供了上述光热转化共晶材料的制备方法，所述制备方法包括溶剂挥发法或固相研磨法。
9、作为上述方案的进一步改进，所述溶剂挥发法包括以下步骤：
10、(1)将电子供体和电子受体分别溶解于第一溶剂和第二溶剂中，得电子供体溶液和电子受体溶液；
11、(2)将所述电子供体溶液和电子受体溶液混合，进行微波辅助后，静止挥发，得所述光热转化共晶材料。
12、优选的，所述第一溶剂和第二溶剂均为低沸点溶剂；进一步优选的，所述第一溶剂为乙腈，所述第二溶剂为二氯甲烷。
13、优选的，步骤(1)中，所述溶解为采用超声震荡分别使所述电子供体和所述电子受体完全溶解，所述超声震荡的时间为5-6min。
14、优选的，步骤(2)中，所述微波辅助的时间为15-30min，以加速分子的运动和溶剂的挥发。
15、优选的，步骤(2)中，所述静止挥发的时间为3-4天。
16、作为上述方案的进一步改进，所述固相研磨法包括以下步骤：
17、将电子供体和电子受体混合后，进行研磨，得所述光热转化共晶材料。
18、具体地，当电子供体和电子受体混合时，两种组分互相接触，形成电子供体-电子受体的分子间ct复合物；继续研磨，使两种组分更为充分的接触，并以能量最低的形式有序自组装形成共晶材料。
19、优选的，所述研磨为加压研磨1小时以上；更优选的，所述加压研磨的时间为1-2小时。
20、本发明的第三方面提供了一种蒸发器，包括烟炊、载体和上述光热转化共晶材料，所述光热转化共晶材料负载于所述载体的表面。
21、优选的，所述载体为聚氨酯泡沫。
22、优选的，所述烟炊的材质为铝箔。
23、具体地，本发明以光热转化共晶材料负载于聚氨酯泡沫作为蒸发部件，并将该蒸发部件与铝箔烟炊组装成蒸发器，实现共晶负载材料与铝箔烟炊之间的协同蒸发效应，可大大提高蒸发速率，对于海水淡化应用具有巨大的潜能。
24、本发明的第四方面提供了上述光热转化共晶材料在海水淡化、光热成像、光声成像、形状记忆器件、光-热-电器件、光热除冰或光热治疗设备中的应用。
25、本发明的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：
26、(1)本发明以阴离子br-作为供电子源并能进行整数电荷转移的离子铵化合物作为电子供体，该电子供体与电子受体组成电荷转移复合物，并自组装形成光热转化共晶材料。该共晶材料具有优异的光热转化性能，吸收带可达220-2000nm，能有效利用宽泛波段的光；并具有较高的光热转化效率，尤其是近红外区808nm下光热转化效率可达90.5±4.1％。同时，该共晶材料与和铝质烟炊之间具有显著的协同蒸发效应，将两者组装成蒸发器，达到了在太阳光下6.1±1.1kg·m-2·h-1的高效水蒸发速率，这对于实际的海水淡化应用具有巨大的潜能。
27、(2)本发明光热转化共晶材料可通过简单的溶剂挥发或固相研磨工艺制备，无须严苛的条件控制，适合广泛推广与使用。同时，本发明制备的光热转化共晶材料由有机小分子组成，且制备条件温和、简单，成本较低，因此在海水淡化、光热成像、光声成像、形状记忆器件、光-热-电器件、光热除冰或光热治疗设备方面有很好的应用前景。
1.一种光热转化共晶材料，其特征在于，包括电子供体和电子受体，所述电子供体为离子铵化合物，所述离子铵化合物的阴离子为br-；并且，br-的电子从所述电子供体离域至所述电子受体上，形成所述光热转化共晶材料。
2.根据权利要求1所述的光热转化共晶材料，其特征在于，所述离子铵化合物选自n-十八烷基-4-苯乙烯基吡啶溴盐、n-甲基-4-苯乙烯基吡啶溴盐、1-乙基溴化吡啶和四甲基溴化铵中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的光热转化共晶材料，其特征在于，所述电子受体为2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌。
4.根据权利要求1所述的光热转化共晶材料，其特征在于，所述电子供体与所述电子受体的摩尔比为(0.25-4)：1。
5.一种如权利要求1至4任意一项所述的光热转化共晶材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括溶剂挥发法或固相研磨法。
6.根据权利要求5所述的光热转化共晶材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂挥发法包括以下步骤：
7.根据权利要求5所述的光热转化共晶材料的制备方法，其特征在于，所述固相研磨法包括以下步骤：
8.一种蒸发器，其特征在于，包括烟炊、载体和权利要求1至4任意一项所述的光热转化共晶材料，所述光热转化共晶材料负载于所述载体的表面。
9.根据权利要求8所述的蒸发器，其特征在于，所述载体为聚氨酯泡沫；和/或，所述烟炊的材质为铝箔。
10.权利要求1至4任意一项所述的光热转化共晶材料在海水淡化、光热成像、光声成像、形状记忆器件、光-热-电器件、光热除冰或光热治疗设备中的应用。
