超分子结构多客体插层体系的构筑及梯度显色性能研究

Layered double hydroxides (LDHs for short) are a class of superamolecular structure materials with multi-elements, multi-bonds and multi-chemical interactions in its crystal structure. LDHs have huge structural flexibility due to their adjustable host compositions, exchangeable guest anions and tunable interactions between host sheets and guest anions. In this item, colored anions and colorless organic anions will be intercalated into the interlayer room of LDHs for the purpose of preparation superamolecular intercalating structure materials with bright color and grads chromogenic properties. The colorless organic anions and colored anions are imported into the interlayer space of LDHs by taking advantage of adjustable guest anions in order to modulate the distribution of colored anions in the interlayer room and finally adjust the chromogenic properties of these materials. According to chroma theory, two different colored anions are simultaneously intercalated into the interlayer galleries of LDHs and dispersed uniformly in the galleries for the sake of obtaining different colored superamolecular materials. The color of the material can be tuned by changing the molar ratio of the two colored anions. Host-guest electron transfer system will be constructed by introduing changeable valency metal ions into the host layers and photosensitive dye anions into the interlayer space. The chromogenic properties of these systems can be modulated by tuning the electron transfer between the host layers and guest anions.

层状双金属氢氧化物（LDHs）结构内存在多种元素、多种键型和多种化学相互作用，是典型的超分子结构材料。因LDHs层板组成、层间客体种类和数量可调控，这类材料拥有极大的结构设计空间。本项目利用LDHs的可插层组装性，将显色阴离子和无色有机阴离子共同引入LDHs层间，以期制备出色彩鲜艳、具有梯度显色的超分子插层结构材料，丰富显色材料的品种。利用LDHs层间阴离子种类和数量的可调控性，向层间引入无色阴离子，调控显色阴离子在LDHs层间的分布状态，实现对单色插层结构材料显色性能的调控；根据色度学原理，向层间引入第二组分显色阴离子，使两种显色阴离子在LDHs层间以分子水平均匀分散，通过调变它们的比值来调控材料的显色性能；将具有可变价态的金属离子引入LDHs层板，将光敏染料阴离子引入层间，构筑具有主-客体电子转移特性的体系，通过调控电子转移调节材料的显色性能，使其颜色呈现梯度变化。

水滑石类化合物（LDH）是一类层状阴离子型黏土，主体层板上的原子以共价键相结合，主体层板与层间客体间存在范德华力、静电、氢键等多种作用力，同时层间客体间存在较弱的分子间作用力，主体层板和层间客体呈高度有序交替排列，具有典型的超分子结构特征。LDH类材料特殊的结构和组成使其兼具LDH主体层板和层间客体的双重性质，并且二者还可产生协同作用，赋予此类材料更优异的性能，极大地扩展了其应用领域。本项目以多客体超分子插层结构梯度显色材料为目标，基于LDH的可插层组装性，开展了多客体插层LDH的构筑及性能研究，取得如下研究成果：.（1）构筑了系列晶体结构规整、晶相单一的酸性红337与BP-4共插层LDH、酸性蓝129与水杨酸共插层LDH、酸性黄11与紫外吸收剂共插层LDH、酸性蓝25与酸性黄25共插层LDH、酸性红6与酸性蓝25共插层LDH和酸性绿25与酸性黄25共插层LDH等新型多客体超分子插层结构梯度显色材料，获得了多客体共插层LDH的组装规律。.（2）采用XRD、SEM、FT-IR、UV-vis、元素分析等表征方法对新型多客体超分子插层结构梯度显色材料的晶相结构、晶体形貌、化学组成、主客体相互作用、客客体相互作用及层间客体分子的排列进行研究，发现层间客体比例可在较大范围内调变、LDH主体层板与层间客体存在主客体相互作用，客体与客体间存在客客体相互作用且对客体在层间的排列有显著的影响。.（3）研究表明新型多客体超分子插层结构梯度显色材料的颜色随层间客体摩尔比变化呈现出明显的梯度变化，染料与紫外吸收剂共插层LDH的颜色随染料摩尔含量增大而变深，双染料共插层LDH的颜色明显异于单染料插层LDH，产生了新的色系，其变化符合色度学原理。由于存在主客体、客客体相互作用，层间染料的显色性能与染料单体存在明显差异。此外，主客体相互作用显著提高了层间染料客体的热分解温度，增强了染料的热稳定性；在LDHs层板和有机紫外吸收剂的双重保护下，染料分子的光氧化降解过程受到了明显抑制，染料分子的光稳定性能得到显著提高。.项目研究丰富了超分子插层结构功能材料品种，获得了一些有价值的规律，为新型多功能插层材料的构筑提供了新思路。项目执行期间，在国际知名期刊上发表论文3篇，投稿2篇；申请国家发明专利7项，其中4项获国家发明专利授权。