1-（2,3-丙二醇基）-4,4'-联吡啶构筑的杂化金属卤化物及其光电性能研究

作     者：潘秋月 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：麦松威（Thomas C. W. Mak）

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：杂化金属卤化物 紫精 光致变色 电致变色 

摘      要：杂化金属卤化物是一类由有机阳离子和金属卤化物阴离子通过分子间相互作用组装而成的材料,由于其丰富的晶体结构和优异的光电性能,在近几年内一直是光学和电学研究领域的前沿材料。通常,可以通过选择不同的有机阳离子和卤化物阴离子来调节杂化物的结构和性质。其中,缺电子的紫精阳离子能够接受来自电子给体的单电子而形成紫精自由基,从而实现颜色的可逆变化,因此被广泛用于构建光/电/热致变色材料。基于以上考虑,本论文设计合成了一对手性紫精衍生物1-(S/R-2,3-丙二醇基)-4,4’-联吡啶氯化物(S/R-L·Cl,L=C13H15N2O2),将其与不同的金属卤化物作用,构筑得到了一系列零维杂化金属卤化物,并对其光电性质进行了研究,具体工作内容如下:一、选用氯化铟与紫精衍生物S-L·Cl通过溶剂挥发法得到一例铟基杂化金属卤化物(C13H16N2O2)2InCl6·Cl(1)。化合物1具有紫外和太阳光诱导的快速、可逆的光致变色性能,以及对软/硬X-射线的选择性响应。在外界光刺激下,电子从富电子[InCl6]3-八面体快速的转移到紫精阳离子[HL]2+的吡啶环上产生紫精自由基,使得晶体颜色由浅黄色迅速变为深蓝色,其光响应时间仅为0.1 s。此外,它还表现出可逆的电致变色性能,通过施加循环电压,化合物1的薄膜颜色可在白色和紫红色之间循环快速切换。化合物1快速可逆的光/电致变色响应性能不仅丰富了刺激响应型材料的种类,还为金属卤化物在无墨可擦除印刷以及智能设备中的应用提供可能。二、选用氯化铋与手性紫精衍生物S/R-L·Cl通过液相扩散法成功得到了一对手性铋基杂化金属卤化物:S-(C13H16N2O2)2Bi2Cl10(2)和R-(C13H16N2O2)2Bi2Cl10(3)。化合物2和3结合了手性紫精阳离子和卤化物阴离子的优点,不仅具有可逆的由白色到浅绿色的光致变色性能和白色到蓝黑色的电致变色性能,而且具有明显的镜像对称的CD信号。通过引入手性配体诱导金属卤化物产生手性,使得利用金属卤化物对圆偏振光的探测成为可能。三、选用氯化镉与紫精衍生物S-L·Cl通过溶剂挥发法制备得到了一例镉基杂化金属卤化物(C13H16N2O2)CdCl4(4)。化合物4也具有可逆的光/电致变色性能,由于电子转移生成了紫精自由基,分别发生了黄色到蓝色,白色到紫红色的颜色变化。此外,化合物4还具有光致发光性能,由于紫外吸收光谱和荧光光谱的部分重叠,导致电子转移和能量转移同时发生,即在光致变色的同时,其荧光强度随着光照时间而逐渐降低。化合物4可逆的光/电致变色响应以及光调制发光的性质拓展了杂化金属卤化物在多重检测和加密材料方面的应用。