CN102965095A - 一种无机/有机杂化光致变色材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

一种无机/有机杂化光致变色材料及其制备方法与应用，属于无机/有机杂化光致变色材料领域，涉及苄基紫精氯化铋类无机/有机杂化光致变色化合物的合成方法与应用。本发明苄基紫精氯化铋类无机/有机杂化光致变色化合物具有优良的光致变色性能，在紫外和可见光照射下，变色快，加热或放在暗室，退色也快，该材料可应用在光信息存储、防护装饰、防伪与鉴伪、保密、光开关器件、光信息转换器，防辐射用的光致变色太阳镜片、膜片材料等领域。

Description

一种无机/有机杂化光致变色材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种无机/有机杂化光致变色材料及其制备方法与应用。
背景技术
光致变色现象是指一种化合物在受到一定波长的光照射时，发生特定的化学反应，产物由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显的变化（颜色改变），而在另一波长光的照射或热的作用下，又能恢复到原来的结构形式的一种可逆的变化。
近年来，将光致变色材料用于光信息存储、光调控、光开关、光学器件材料、光信息基因材料、修饰基因芯片材料等领域受到全球范围内的广泛关注。同时它在光成像、纺织纤维、油墨、防伪标志及装饰乃至军事上的高技术伪装等领域都有着重要的应用前景，因此对光致变色材料的研究是当今科学技术研究领域的前沿课题之一。
光致变色材料主要分为有机化合物和无机化合物两大类，其中有机光致变色材料研究较多，应用也最广泛，如二芳基乙烯、俘精酸酐、螺吡喃、螺嗪、偶氮类化合物等，该类变色材料的优点是：变色和消色快，但热稳定性及抗氧化性差，耐疲劳性低。无机光致变色材料的研究相对较少，主要包括掺有杂质的各种变价金属氧化物、金属卤化物和金属盐水合物等，它克服了有机光致变色材料热稳定抗氧性差，耐疲劳性低的缺点，但无机光致变色材料变色和消色较慢。目前，由于有机/无机杂化材料经过精心设计和调控，可以达到扬无机材料和有机材料各自优点之长和避其缺点之短的“杂交优势”的效果，有机/无机杂化材料在光致变色方面的研究引起了人们的极大研究兴趣。
发明内容
本发明的目的是提供一种变色和消色快，现象明显的紫精类化合物与氯化铋形成的无机/有机杂化光致变色材料及其合成方法。
本发明包括如下技术方案：
1. 一种无机/有机杂化光致变色材料，其特征在于：该光致变色材料的化学式为(C24H22N2)5[Bi3Cl14]2•(C14H14O)，无机部分为三核的[Bi3Cl14]5-，有机部分为双苄基紫精和二苄基醚，该类化合物为单斜晶系，空间群为P2/c，单胞参数为：a = 24.430(5), b = 12.770(2), c = 23.873(5) Å, α = 90, β =101.738(4), γ = 90 o, V = 7292(2) Å3, Z = 4。
2. 如项1所述的无机/有机杂化光致变色材料，其特征在于：项1所述的光致变色材料的晶体在紫外/可见光的照射下，化合物的颜色30秒就由浅黄色变为蓝绿色；用其粉末光照，其变色速度更快。
3. 如项2所述的无机/有机杂化光致变色材料，其特征在于：其如项2所述的在紫外/可见光的照射下的产物，在暗室或加热80 oC以上的条件下可以退回到原来的颜色；用其粉末则消色速度更快。
4. 如项1所述的无机/有机杂化光致变色材料的制备方法，其特征在于：该光致变色材料采用原位溶剂热合成法制备，具体方法为：称取一定摩尔比的BiCl3和4,4’-bipy加入到体积比为1：9的盐酸和苯甲醇混合溶剂中，然后把得到的溶液放入水热反应釜，旋紧后加热至110-140 oC，并在此温度下恒温三天，然后以1 oC/h的速度降低到70 oC，并保持6小时后再以1 oC/h的速度降低到室温。
5. 一种项1的无机/有机杂化光致变色材料的用途，其特征在于：该材料可应用在光信息存储、防护装饰、防伪与鉴伪、保密、光开关器件、光信息转换器，防辐射用的光致变色太阳镜片、膜片材料等领域。
附图说明
图1为实施例1的化合物的结构示意图。
图2为实施例5的化合物变色前后的颜色变化图。
图3为实施例5的化合物变色前后的紫外漫反射图。
图4为实施例5的化合物的粉末变色前后及放于暗室后的紫外漫反射图。
具体实施方式
实施例1. (C24H22N2)5[Bi3Cl14]2•(C14H14O)化合物的合成：
化合物是采用原位溶剂热合成法得到的，其具体操作步骤为：
200 mg BiCl3，60 mg 4,4’-bipy和1 mL的盐酸，放入25 mL的聚四氟乙烯内胆中，再加入9 mL的苯甲醇，然后把整个聚四氟乙烯内胆放入不锈钢水热罐中，旋紧后加热至140 oC，并在此温度下恒温三天，然后以1 oC/h的速度降低到70 oC，并保持6小时后再以1 oC/h的速度降低到室温。可得到浅黄色块状的目标化合物。
该化合物为单斜晶系，空间群为P2/c，单胞参数为：a = 24.430(5), b = 12.770(2), c = 23.873(5) Å, α = 90, β =101.738(4), γ = 90 o, V = 7292(2) Å3, Z = 4。其结构图如附图1所示。
实施例2. (C24H22N2)5[Bi3Cl14]2•(C14H14O)化合物的合成：
化合物是采用原位溶剂热合成法得到的，其具体操作步骤为：
200 mg BiCl3，60 mg 4,4’-bipy和1 mL的盐酸，放入25 mL的聚四氟乙烯内胆中，再加入9 mL的苯甲醇，然后把整个聚四氟乙烯内胆放入不锈钢水热罐中，旋紧后加热至130 oC，并在此温度下恒温三天，然后以1 oC/h的速度降低到70 oC，并保持6小时后再以1 oC/h的速度降低到室温。可得到浅黄色块状的目标化合物。
实施例3. (C24H22N2)5[Bi3Cl14]2•(C14H14O)化合物的合成：
化合物是采用原位溶剂热合成法得到的，其具体操作步骤为：
200 mg BiCl3，30 mg 4,4’-bipy和1 mL的盐酸，放入25 mL的聚四氟乙烯内胆中，再加入9 mL的苯甲醇，然后把整个聚四氟乙烯内胆放入不锈钢水热罐中，旋紧后加热至120 oC，并在此温度下恒温三天，然后以1 oC/h的速度降低到70 oC，并保持6小时后再以1 oC/h的速度降低到室温。可得到浅黄色块状的目标化合物。
实施例4. (C24H22N2)5[Bi3Cl14]2•(C14H14O)化合物的合成：
化合物是采用原位溶剂热合成法得到的，其具体操作步骤为：
200 mg BiCl3，30 mg 4,4’-bipy和1 mL的盐酸，放入25 mL的聚四氟乙烯内胆中，再加入9 mL的苯甲醇，然后把整个聚四氟乙烯内胆放入不锈钢水热罐中，旋紧后加热至110 oC，并在此温度下恒温三天，然后以1 oC/h的速度降低到70 oC，并保持6小时后再以1 oC/h的速度降低到室温。可得到浅黄色块状的目标化合物。
实施例5. (C24H22N2)5[Bi3Cl14]2•(C14H14O)化合物的性能测试：
我们对得到的无机/有机杂化化合物的晶体进行光学性能及光致变色测试。将化合物晶体经过可见光或紫外汞灯照射，颜色马上发生变化，1分钟后发现晶体的颜色由浅黄色完全变为蓝绿色，如附图2所示。另外，将光照后的蓝绿色晶体放置在控温炉中，温度设为100 oC加热10分钟后，晶体颜色由蓝绿色变回到浅黄色，或将晶体放在暗室，12小时后晶体也能变回到原来的颜色，且可多次重复。因此该化合物具有良好的光致变色效应。
我们把晶体磨成粉末，其变色和消色的速度更快，附图3表明变色前后的化合物的光吸收有明显变化，且光照1分钟和2分钟的吸收峰基本一样，而附图4表明化合物的粉末消色速度很快，我们重复扫描4次后（每次时间为2.5分钟），即放在暗室中10分钟后，化合物的粉末基本退色完全。

Claims (5)

1.一种无机/有机杂化光致变色材料，其特征在于：该光致变色材料的化学式为(C24H22N2)5[Bi3Cl14]2•(C14H14O)，无机部分为三核的[Bi3Cl14]5-，有机部分为双苄基紫精和二苄基醚，该类化合物为单斜晶系，空间群为P2/c，单胞参数为：a = 24.430(5), b = 12.770(2), c = 23.873(5) Å, α = 90, β =101.738(4), γ = 90 o, V = 7292(2) Å3, Z = 4。
2.如权利要求1所述的无机/有机杂化光致变色材料，其特征在于：权利要求1所述的光致变色材料的晶体在紫外/可见光的照射下，化合物的颜色30秒就由浅黄色变为蓝绿色；用其粉末光照，其变色速度更快。
3.一种权利要求2的无机/有机杂化光致变色材料，其特征在于：其如权利要求2所述的在紫外/可见光的照射下的产物，在暗室或加热80 oC以上的条件下可以退回到原来的颜色；用其粉末则消色速度更快。
4.一种权利要求1的无机/有机杂化光致变色材料的制备方法，其特征在于：该光致变色材料采用原位溶剂热合成法制备，具体方法为：称取一定摩尔比的BiCl3和4,4’-bipy加入到体积比为1：9的盐酸和苯甲醇混合溶剂中，然后把得到的溶液放入水热反应釜，旋紧后加热至110-140 oC，并在此温度下恒温三天，然后以1 oC/h的速度降低到70 oC，并保持6小时后再以1 oC/h的速度降低到室温。
5.一种权利要求1的无机/有机杂化光致变色材料的用途，其特征在于：该材料可应用在光信息存储、防护装饰、防伪与鉴伪、保密、光开关器件、光信息转换器，防辐射用的光致变色太阳镜片、膜片材料等领域。
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