苯并咪唑及其衍生物碘银酸盐光致变色材料的合成与表征

发布时间：2020-07-12 01:29

【摘要】：光致变色材料由于在保护装饰、光开关、存储器、滤波、显示和调制器等领域的潜在或实际应用价值,一直备受人们关注。尤其是基于电子转移(ET)的有机-无机杂化光致变色材料结合了两种组分的优点以及二者的协同效应赋予杂化物更优异的性能,并且在组成、结构和性能方面具有良好的可调变性,因此成为研究热点。近几年来,人们更倾向于选择强的电子接受体(紫罗碱、萘四甲酰基二酰基亚胺)和具有强的电子给予能力的路易斯碱(氯金属酸盐、多金属氧酸盐、沸石类等)作为电子给予体,这些强的给-受体(D-A)体系展现出良好的光致变色性能。然而,这种相对单一的给-受匹配关系极大限制了变色材料组分和结构的多样性,从而阻碍了其光致变色性能的进一步优化和提高。最近,我们实验室将具有中等强度电子接受能力的单环类吡啶衍生物和并环苯并三氮唑引入碘金属酸盐体系,成功构筑了结构多样和快速响应的ET型光致变色材料。因此,在碘金属酸盐杂化体系中,适当降低电子接受体的缺电子性是构建和优化光致变色材料的一种科学、有效的策略。本论文选用甲基化/质子化苯并咪唑类阳离子作为结构导向剂和相对较弱的电子接受体,同时选择结构多样、带隙可调变、同时具有半导体性质、非线性光学性能和典型光敏性的碘银酸盐作为电子给予体,合成了七个具有不同阴离子骨架和不同光致变色机制的碘银酸盐杂化材料。采用X-射线单晶衍射(XRD)对化合物的结构进行检测,用红外光谱(IR)对官能团进行了进一步的指认,同时利用粉末X射线衍射(PXRD)、电子顺磁共振(EPR)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)、理论计算等手段对光致变色材料的性质进行了系统的表征。初步得出以下结论:1、与中等强度电子接受能力的单环吡啶阳离子相比,将相对较弱的电子接受体苯并咪唑及其衍生物阳离子引入碘银酸盐杂化物中,不仅可以有效发挥碘银酸盐的光敏性,而且可以调变碘银酸盐杂化物的光响应机制即由不变色、到由碘银酸盐的光解引起的变色再到由碘银酸盐的光解和银纳米颗粒作为次生电子给体的电子转移的双重变色机制。2、通过比较化合物1-7的结构和性质说明,在质子化/甲基化苯并咪唑类的碘银酸盐杂化物中,阴离子的聚集密度和键合模式是决定杂化物光敏特性的关键。3、甲基化2-苯基苯并咪唑碘银酸盐杂化表现出了碘银酸盐骨架光解和以银纳米颗粒作为次生电子给体的电子转移的双重变色机制。本文中所用到的有机组分及其缩写:
【学位授予单位】：山西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34
【图文】：

(a) (b)-1 (a)化合物(MV)Bi2Cl8的变色图；(b)化合物光照前后结构对国聪课题组在 Inorganic Chemistry 报道了四个化合物[(M 和 [(MQ)ZnCl1.53I1.47]2(MQ)ZnCl1.68I1.32(4), 化合物 1-3 致变色行为，化合物 3 没有光致变色行为[24](图 1-2)。化合物 4 发生了光致变色。通过 ESR 和 XPS 检测分析，行为是由 X 到 MQ+电子转移，并且这三者化合物呈现四个化合物的结构和性质的对比分析，表明不同配位不同，同时发现 Cl 原子比 Br 和 I 原子更适合于设计氧研究也表明碘化物与强的电子受体紫精阳离子不匹配、原材料的选择提供了参考。

(a) (b)图 1-1 (a)化合物(MV)Bi2Cl8的变色图；(b)化合物光照前后结构对比[55]2012 年，郭国聪课题组在 Inorganic Chemistry 报道了四个化合物[(MQ)ZnX3] (X = Cl(1), Br (2), I (3)) 和 [(MQ)ZnCl1.53I1.47]2(MQ)ZnCl1.68I1.32(4), 化合物 1-3 同构，化合物 1、2 和 4 都具有光致变色行为，化合物 3 没有光致变色行为[24](图 1-2)。化合物 4 与 3 相比，通过引入 Cl，化合物 4 发生了光致变色。通过 ESR 和 XPS 检测分析，说明化合物 1、2和 4 的光致变色行为是由 X 到 MQ+电子转移，并且这三者化合物呈现了长寿命的电荷分离态。通过这四个化合物的结构和性质的对比分析，表明不同配位卤素原子对 MQ+电子转移的影响不同，同时发现 Cl 原子比 Br 和 I 原子更适合于设计氧化还原光致变色金属配合物。该研究也表明碘化物与强的电子受体紫精阳离子不匹配、也为光致变色材料的后期研究中原材料的选择提供了参考。

化合物L2(Bi2Cl10)组成及其变色图

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本文编号：2751226