多功能变色材料紫精化合物的合成与可视变色传感

变色材料广泛应用于航空航天、能源化工、日用食品、国防及科学研究等诸多领域。紫精化合物(N-取代的-4,4’-联吡啶季铵盐,V)能在外界光、电、热等激发下表现出多样的变色性质,是一类重要的变色材料。本文将紫精变色材料的科学前沿成果引入本科实验教学,创新设计了一个面向本科低年级学生开设的大学化学基础实验。该实验以激发学生的好奇心与探索欲,培养学生对化学的学习兴趣,开阔学生的视野,提高学生对化学的认知为目的,合成了邻羟基苯乙酮取代基紫精,研究了它的溶剂化显色、热致变色及对NH3的可逆显色反应。实验的特点是反应原料简单易得、合成方法简便、反应时间短、产率高、实验操作安全可靠、变色现象均可以不借助仪器而裸眼直接观察、变色过程快速且灵敏。这些优势为实验项目的应用与推广提供了极大的便利。     

紫精-普鲁士蓝凝胶电致变色器件的制备

合成了醛基功能化的紫精,1,1′-二醛己基-4,4′-联吡啶,通过与聚乙烯醇的缩醛反应将紫精固定到凝胶电解质中,对电极用电沉积法沉积普鲁士蓝,制备了新型凝胶型电致变色器件。这种凝胶电致变色器件避免了电解质泄露的风险并拓宽了电致变色器件的应用范围。采用1 HNMR对分子结构进行了表征,通过紫外-可见分光光度计研究了器件的电致变色性能及其影响因素。结果表明:采用将紫精通过共价键并入凝胶的方法,制备的器件在±2V的工作电压下具有47%的对比度,着色时间2.8s,褪色时间3.3s,并且具有良好的循环稳定性。     

紫精类电致变色材料的制备和机理

1,1'-二取代4,4'-联吡啶盐通常称作紫精(viologen),紫精以及接有紫精基团的聚合物（polyviologen）有优异的电致和光致变色性能,在新一代电致变色器件、显示器件和智能窗等方面有很好的应用前景。文章综述了紫精和紫精聚合物的制备、结构与性能、电致变色机理、功能器件设计以及在化学合成、纳米功能符合等方面的研究进展,并提出例如今后的重要研究方向。     

两种吡唑啉酮类光致变色化合物的合成及光学性能（英文）

有机光致变色材料在信息存储、光分子开光、全息防伪等领域显示出良好的应用前景。吡唑啉酮类光致变色材料是一类在固态下具有光致变色性能的新型有机功能材料,然而大多数吡唑啉酮类变色化合物只表现出单向变色或热致褪色的性能。本文通过在吡唑啉酮环的4位引入含双取代的苯基,合成了两种新颖的光致变色化合物,通过质谱、核磁共振谱、红外光谱确定了它们的结构和变色机理。紫外-可见吸收光谱表明化合物除在可见光下具有褪色性能外,还具有热增幅现象。荧光发射光谱表明,他们在紫外光和可见光的交替照射下表现出较高的荧光对比度和良好的荧光开关性能。     

紫精类化合物分子聚集体材料的界面组装

紫精类化合物具有良好的电化学活性,并且在发生氧化还原反应时伴有颜色的变化,在膜修饰电极、电致变色材料和分子器件的研制等方面受到广泛的关注。紫精中的烷基链非常易于进行化学修饰,因而比较适合于通过自下而上的分子自组装技术制备多功能的分子和纳米材料。本文综述了利用Langmuir-Blodgett法、自组装法和层层组装法制备紫精分子聚集体材料的研究进展,并讨论了分子聚集体薄膜中紫精的结构、电致变色、电化学氧化还原特性及其在研制超分子器件方面的应用。     

苯氧基萘并萘醌衍生物的合成与光致变色性能研究

设计合成了16个新的具有不同迁移基团、不同取代基及双苯氧基萘的苯氧基并萘醌化合物; 通过红外光谱、核磁共振、质谱等方法对其结构进行了表征; 利用紫外-可见光谱研究化合物的光致变色性, 结果表明, 化合物的结构影响其变色性能, 当迁移基团为芳香基时, 其变色性较好; 主链醌环上有取代基时, 化合物成色体最大吸收波长红移; 双苯氧基萘并萘醌化合物较相应的单化合物有较大的摩尔吸光系数; 随着苯基上取代基增大, 其成色速率常数变小.     

磷腈-紫精聚合物的合成与电致变色性能

以六氯环三磷腈作为核心、 紫精为电致变色活性基, 合成了一种新型有机-无机杂化电致变色材料——六(1-乙基-4,4'-联吡啶-甲基苯氧基)环三磷腈(PHV ²⁺). 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线衍射(XRD)及核磁共振氢谱( ¹H NMR)表征了PHV ²⁺的结构. 优良的水溶性使得该化合物可以通过简单的方法构造一个以聚乙烯醇(PVA)为凝胶基质的电致变色水凝胶, 具有成本低廉及无毒害的优点. 以氟掺杂氧化锡(FTO)涂层玻璃作为电极材料, PHV ²⁺作为电致变色材料制备了PHV ²⁺/PVA/KCl电致变色器件(PHV ²⁺/PVA/KCl ECD). 该电致变色器件在2.1 V电压下由淡黄色变为紫色, 颜色变化明显, 并且该颜色变化可以循环500次; 器件在526 nm处的光学对比度达到62.19%. 良好的电致变色性质使该化合物在电致变色器件方面具有潜在应用价值.     

双吲哚啉螺吡喃化合物的合成及其酸和金属离子致变色性能

设计、合成了一种新型双吲哚啉螺吡喃化合物1,用核磁、红外及质谱等技术手段表征了其结构。 利用紫外可见吸收光谱研究了化合物1的酸致变色和金属离子变色性能。 结果表明,化合物1能够在氢离子或金属离子的作用下发生可逆的开环与闭环反应。 当氢离子或金属离子加入到化合物1的异丙醇溶液中,溶液颜色从无色变为红色,同时产生460 nm新吸收峰。 进一步加入氢氧根离子或EDTA溶液后,溶液颜色变回无色,460 nm处的吸收峰又消失。 该化合物的酸和金属离子致变色性质在分子传感和离子识别等领域有潜在的应用价值。     

以卟啉为中心核的树枝状化合物

以卟啉基为中心核的树枝状化合物具有特殊的物理、化学及光电性能,其中一个重要特性是具有优良的能量和电子转移性能,近年来研究人员合成了一系列新型的以卟啉为中心核的树枝状化学物,这些化合物在许多领域有着潜在的应用前景。本文综述了近几年来以卟啉基为中心核的树枝状化合物的最新研究结果,介绍了一些具有代表性的新型化合物,概述了部分化合物的合成方法及性能,这些化合物由于其结构改变带来的性能变化,分别在光收集材料、发光材料、光动力学疗法、催化剂、传感器等领域有着潜在的应用前景。最后展望了此类化合物的发展方向。     

含氯化铜的紫精/聚合物薄膜制备及光致变色性能研究

将氯化铜加入到紫精/聚乙烯吡咯烷酮中,制得了一种可快速褪色、光疲劳性能优异的紫精/聚合物光致变色薄膜,测试了该薄膜的变色性能、褪色性能及光疲劳性能.结果表明,氯化铜的加入使薄膜初次紫外光照时的颜色变浅,但加快了薄膜褪色;当氯化铜与紫精摩尔比为1:1、60℃褪色时,薄膜光照后在610 nm处吸光度的半衰期为9 min,而不合氯化铜的薄膜为54 min,氯化铜含量越高,半衰期越短.含有氯化铜的薄膜,随变色/褪色循环次数增加,光照后的显色加深,氯化铜含量越高,颜色增加的程度越大.该功能薄膜可用于信息存储、太阳镜及智能窗等方面.