基于紫精无机－有机杂化光致变色材料的“限域效应”研究

Photochromic materials are attractive and promising for applications in many fields such as protection, decoration, optical switch, memory, filter, storage, display, and modulator. The research on this domain is mainly concentrating on pure organic or/and inorganic photochromic compounds, while recently more and more attention has been drawn to the development of photochromic inorganic-organic hybrids not only because of the opportunity to combine the distinctive properties of both inorganic and organic components in one material, but also due to the possibility to produce novel properties by the synergetic interactions between two counter components.In this study we are interested in studying the confinement and synergetic effects of a crystalline supramolecular host (calixarene or cucurbituril) environment on photochromic inorganic - organic hybrid based on viologen metal halides with different substituents,and hope to improve the photochromic behavior (quantum yield, duration, response,reversibility, sensitivity, thermal stability, and wavelength coverage of absorption or emission) of photochromophores via hybrid formation.

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。针对目前能够完全满足高稳定性、响应速度快、灵敏度高和有较好耐疲劳性等真正实用化条件的光致变色体系还比较少的状况，本课题拟结合纯无机和纯有机光致变色体系的优点，利用"杂化优势"的效果以及无机和有机组份之间的相互作用，来开发新型的紫精金属卤化物无机－有机杂化光致变色材料，并将其作为变色基团，通过超分子化学和晶体工程策略，把变色基团组装入瓜环、杯芳烃等大环主体化合物的笼中，利用"限域效应"来调节光致变色效应，并通过无机组分－有机组分之间的"协同作用"，制备出光响应快、化学物理性能稳定、抗疲劳性能好的新颖光致变色材料，获得不同的变色效果，并研究"限域效应"和"协同作用"对变色过程中光电子的产生、转移、稳定等的影响机制。

光致变色材料在信息存储、装饰和防护包装、自显影全息照相等具有诸多特殊用途，是备受关注的一类光电材料。结合无机和有机光致变色材料的优点开发新型的无机−有机杂化材料已成为光致变色研究的重要方向。本项目的工作主要以紫精氯化铋类无机−有机杂化化合物为研究对象，研究了不同的紫精阳离子和氯化铋阴离子对此类化合物光致变色性能的影响，比较顺利完成了该项目。取得的创新性成果如下：.1、首次设计合成了具有光致变色性能的含不对称紫精阳离子氯化铋杂化物，把含π共轭的基团引入紫精阳离子，不仅使杂化材料具备了光致变色性能，而且还明显提高了材料的光响应速度，发现紫精阳离子之间的π•••π相互作用一方面可以起到稳定紫精自由基的作用，另一方面可作为电荷转移第二通道。.2、合成了两个含有不同核数的氯化铋阴离子，但含有相同阳离子的紫精氯化铋杂化物，其中三核的氯化铋阴离子结构在铋的化合物中为首例。发现这两个化合物具有良好的光致变色性质，并揭示了无机阴离子核数的大小对光响应速度的影响。