一种光致变色材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种光致变色材料及其制备方法 (Photochromic material and preparation method thereof ) 是由 倪新龙 聂海根 宋建新 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种光致变色材料,由主体物质和客体物质按照摩尔比1:1或1:2组成,其中,所述主体物质为八元瓜环或十元瓜环；所述客体物质为紫精化合物。本申请还提供一种光致变色材料的制备方法。本申请提供的光致变色材料,响应速度快、稳定性高,响应的波长范围350nm至1400nm,并且能够在液体、固体两种形态都具有快速、灵敏的光致可逆变色现象。本申请提供的制备方法,简单,操作简便。(The application discloses a photochromic material, which consists of a host substance and a guest substance according to a molar ratio of 1:1 or 1:2, wherein the host substance is an eight-element cucurbituril or a ten-element cucurbituril; the guest substance is a viologen compound. The application also provides a preparation method of the photochromic material. The photochromic material provided by the application has the advantages of high response speed, high stability, response wavelength range of 350nm to 1400nm, and capability of having a quick and sensitive photochromic reversible phenomenon in both liquid and solid forms. The preparation method provided by the application is simple and convenient to operate.)
技术领域
本申请涉及材料化学技术领域，特别是涉及一种光致变色材料及其制备方法。
背景技术
光致变色材料，是指受到光源激发后能够发生颜色变化的一类材料，通常是利用某些化合物在一定的波长和强度的光作用下分子结构会发生变化，从而导致其对光的吸收峰值即颜色的相应改变实现。这种颜色的改变一般是可逆的。
目前满足吸收带在可见光区，同时能够达到光响应速度快、灵敏度高，并具备实际应用价值中的光致变色材料十分有限，尤其是同时在溶液和固体状态下都具有快速、灵敏的光致可逆变色现象的材料非常少，不能满足市场的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的第一个目的为提供一种光致变色材料；本发明的第二个目的为提供一种上述光致变色材料的制备方法；本申请提供的光致变色材料，响应速度快、稳定性高，响应的波长范围350nm至1400nm，并且能够在液体、固体两种形态都具有快速、灵敏的光致可逆变色现象。本申请提供的制备方法，简单，操作简便。
本发明提供的技术方案如下：
一种光致变色材料，由主体物质和客体物质按照摩尔比1:1或1:2组成，其中，所述主体物质为八元瓜环或十元瓜环；所述客体物质为紫精化合物。
优选地，所述紫精化合物为4,4'-联吡啶的一侧或双侧共轭取代物，取代基与N连接。
优选地，所述紫精化合物为1,1'-双(4-羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)的抗衡阴离子化合物，或1-4-羧基苯基-(4,4'-联吡啶鎓)的抗衡阴离子化合物。
优选地，所述紫精化合物为1,1'-双(4-羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物，或1-4-羧基苯基-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物。
优选地，所述光致变色材料为液体或固体。
一种上述任一项所述的光致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
将主体物质与客体物质按照1:1或1:2的摩尔比在水中溶解，加热，溶液中主体物质与客体物质通过自组装形成主客体化合物，得到溶液形态的光致变色材料。
优选地，所述加热具体为：在40-100℃加热反应1-2h。
优选地，还包括将溶液形态的光致变色材料浓缩干燥，得到固体形态的光致变色材料。
优选地，将溶液形态的光致变色材料经蒸发仪浓缩干燥。
本申请提供的光致变色材料，响应速度快、稳定性高，响应的波长范围 350nm至1400nm，辐射光源包括可见光和紫外光，并且能够在液体、固体两种形态都具有快速、灵敏的光致可逆变色现象，适用于镀膜、装饰材料、信息存储材料、节能玻璃、防伪以及保密等领域。本申请提供的制备方法，简单，操作简便。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的液体光致变色材料在365nm的紫外灯下照射所得紫外吸收光谱图；
图2为本发明实施例1制备的液体光致变色材料，在365nm的紫外灯下照射，所照射前与照射后变色情况照片(A为光照前，B为光照后)；
图3为本发明实施例2制备的固体光致变色材料，在365nm的紫外灯下照射，所照射前与照射后变色情况照片(A为光照前，B为光照后)。
图4为本发明实施例2制备的固体光致变色材料在365nm的紫外灯下照射所得固体紫外吸收光谱图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
本申请实施例采用递进的方式撰写。
请如图所示，本发明实施例提供一种光致变色材料，由主体物质和客体物质按照摩尔比1:1或1:2组成，其中，所述主体物质为八元瓜环或十元瓜环；所述客体物质为紫精化合物。
本申请提供一种光致变色材料，由主体物质和客体物质按照摩尔比1:1或 1:2组成，其中，主体物质为八元瓜环或十元瓜环；客体物质为紫精化合物。瓜环又名葫芦脲(Cucurbit[n]uril简称Q[n]或CB[n])，作为一类新型大环化合物，瓜环因其结构貌似南瓜又为环状物而得名，是由苷脲单元通过亚甲基桥联形成的一类新型大环化合物。当n＝8时，称八元瓜环简写为Q[8]，当n＝10 时，称称十元瓜环简写为Q[10]。当紫精化合物与八元瓜环或十元瓜环形成主客体化合物时，瓜环的空腔能够有效促进客体分子间的电子转移，并稳定紫精自由基，从而使制备的光致变色材料，能够在受到光照时转变成另外一种颜色，并且颜色在常温下自然放置的变化是可逆的。
本申请提供的光致变色材料，响应速度快、稳定性高，响应的波长范围 350nm至1400nm，辐射光源包括可见光和紫外光，并且能够在液体、固体两种形态都具有快速、灵敏的光致可逆变色现象，适用于镀膜、装饰材料、信息存储材料、节能玻璃、防伪以及保密等领域。
其中，主体物质的结构式如下式所示：
当n＝3时，为八元瓜环；n＝5时为十元瓜环。
客体物质紫精化合物的结构式如下式所示：
其中，两侧基团R1、R2可以同时或至少有一侧是4-羧基苯基，羟基苯甲酸基等含有羧基的芳环取代基。X为抗衡阴离子，可以是Cl-，Br-，I-，PF6 -等阴离子。
当紫精化合物为1,1'-双(4-羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物时，主体物质与客体物质组装结构式如下式所示：
1,1'-双(4-羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物的两个羧基苯基同时包结在八元瓜环的空腔形成一维超分子聚合物。
优选地，所述紫精化合物为4,4'-联吡啶的一侧或双侧共轭取代物，取代基与N连接。
优选地，所述紫精化合物为1,1'-双(4-羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)的抗衡阴离子化合物，或1-4-羧基苯基-(4,4'-联吡啶鎓)的抗衡阴离子化合物。
优选地，所述紫精化合物为1,1'-双(4-羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物，或1-4-羧基苯基-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物。
优选紫精化合物为4,4'-联吡啶的一侧或双侧共轭取代物，取代基与N连接。优选为1,1'-双(4-羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)的抗衡阴离子化合物，或1-4- 羧基苯基-(4,4'-联吡啶鎓)的抗衡阴离子化合物。更优选紫精化合物为1,1'-双(4- 羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物，或1-4-羧基苯基-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物。申请人经过实验发现，1,1'-双(4-羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物最大紫外可见吸收峰分别在350-420，550-700，900-1400nm，尤其是900-1400nm 的光吸收，是现有类似材料不能达到的。
优选地，所述光致变色材料为液体或固体。
本申请所提供的光致变色材料，可以是液体形态，也可以是固体形态，都可以发挥光致变色的特性，应用范围广泛。
一种上述任一项所述的光致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
将主体物质与客体物质按照1:1或1:2的摩尔比在水中溶解，加热，溶液中主体物质与客体物质通过自组装形成主客体化合物，得到溶液形态的光致变色材料。
优选地，所述加热具体为：在40-100℃加热反应1-2h。
优选地，还包括将溶液形态的光致变色材料浓缩干燥，得到固体形态的光致变色材料。
优选地，将溶液形态的光致变色材料经蒸发仪浓缩干燥。
本申请还提供上述光致变色材料的制备方法，将主体物质与客体物质按照1:1或1:2的摩尔比在水中溶解，得到主客体复合物溶液，溶液中主体物质与客体物质通过自组装形成主客体化合物，得到溶液形态(即液体形态的)光致变色材料。进一步的，将溶液形态的光致变色材料浓缩干燥，即得到固体粉末形态的光致变色材料。
本申请提供的制备方法，简单，操作简便。
实施例1
分别称取八元瓜环Q[8]9mg(0.005mmol)，1,1'-双(4-羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物2.4mg(0.005mmol)，加入到10mL蒸馏水中，在60℃加热反应1h，冷却至室温后，即得液体光致变色材料，液体光致变色材料浓度为5.00×10-4mol/L。
实施例1制备的液体光致变色材料，在365nm的紫外灯下照射，所得紫外吸收光谱图如图1所示，照射前与照射后变色情况如图2所示(A为光照前，B为光照后)。
实施例2
分别称取八元瓜环Q[8]9mg(0.005mmol)，1,1'-双(4-羧基苯基)-(4,4'-联吡啶鎓)二氯化物2.4mg(0.005mmol)，加入到10mL蒸馏水中，在60℃加热反应1h，用旋转蒸发仪浓缩干燥，即得固体光致变色材料。
实施例2所制备的固体光致变色材料在365nm的紫外灯下照射，照射前与照射后变色情况如图3所示(A为光照前，B为光照后)；所得固体紫外吸收光谱图如图4所示，。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。