配体基电子转移光致变色材料的光致变色性能影响机制研究

Electron-transfer (redox) photochromic materials (ETPM) have important applications on many areas, such as photocatalysis, solar energy utilization, decoration, display and so on. we have ever proposed a new design strategy for constructing ligand-based electron-transfer compounds using non-photochromic precursors in order to surmount the difficulties of expending the electron-transfer photochromic systems (Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 3565; Chem. Commun., 2010, 46, 361, Feature Article). This strategy has been successfully applied by several groups. Compared with the traditional ETPM, this emerging ligand-based one is very easily to be expanded, and shows great potential for practical use; however, their influence mechanisms are still scarcely understood. Aiming to offer more targeted methods for the design and synthesis of such materials, this project will focus on the exploring of influence mechanisms on photochromism. Firstly, we will analyze the key impact factors on conversion rate, fatigue, lifetime of photoinduced state, sensitivity, and wavelength coverage of absorption, and then tentatively ajust the molecular structures of elctron-donating and electron-accepting units. After synthesizing series of compounds using these modified functional units, we will study deeply the effect of different fuctional units on the photochromic properties. Finaly, we wish to summarize a scheme for the optimization of the photochromic properties. The research results are scheduled to appear in about 12-16 journals. Moreover, this project plans to train about 3-5 graduate students.

电子转移光致变色材料在光催化、太阳能利用、装饰、显示等多方面具有重要应用。为突破此类材料体系难以拓展的瓶颈，申请人曾提出利用非光致变色单元构筑配体基电子转移光致变色化合物的设计合成新方法（Angew 2008; CC 综述 2010），并被国内外多个课题组成功应用。由非光致变色单元构筑的配体基电子转移光致变色材料相比传统的电子转移光致变色材料具有体系极易拓展的优点，在实用化方面具有很大潜力，但它们光致变色性能的影响机制尚不明了。为使设计合成具有更多针对性，本项目致力于揭示此类材料的光致变色性能影响机制，拟通过分析影响转化率、耐疲劳度、显色态寿命、灵敏度、响应波长范围等光致变色性能的关键要素,设计和调控电子给体、电子受体等功能基元，合成多个系列化合物，并结合多种谱学手段深入探讨不同功能基元对光致变色性能的影响，总结出光致变色性能的优化方案。预计发表12-16篇SCI论文，培养3-5名研究生。

本项目以申请人新发现的一类电子转移光致变色材料为研究对象，结合结构化学、电化学、光化学、计算化学等多种学科手段深入探讨了组成、结构、气氛等各种影响光致变色性能的因素，基本阐明影响显色态寿命、转化率、耐疲劳度、灵敏度、响应波长范围等光致变色性能的关键结构因素,取得了一些重要的科学发现：1、提出了“金属紫精metalloviologen”的新概念，阐明了该类新材料的功能基元，初步总结了影响其自由基变色产物的寿命、吸收范围的结构因素（Inorg Chem 2014;Chem Commun 2016）；2、在3d-4f多氰基化合物中首次发现室温光磁效应和光致变色现象，突破了该类材料光磁转化温度低的限制，开拓出一类光致变色新材料（JACS 2015）；3、提出通过光致电子转移调制分子极性的新方法，实现了NLO晶体倍频系数的高效可逆光切换，获得最高的倍频比（Angew 2014; Chem Sci 2017）；4、提出把热致变色半导体作为电路“过温颜色指示器”和“自恢复保险丝”的新思路，首次通过电子转移热致变色实现半导体电学性质的可逆切换，发展出一种无需改变化学组分即可调制半导体性能的新方法(Angew 2017)。发表了18篇影响因子大于3的SCI论文，其中化学大类1区论文有8篇，含2篇Angew Chem Int Ed、1篇JACS、2篇Chem Sci、3篇Chem Commun。指导和培养了4名硕士、1名博士后；2名学生获国家奖学金；2名工作人员晋升副研究员；申请人2014年获第二十一届福建省运盛青年科技奖，同年入选海西院团队百人，2016年获中国科学院前沿局重点研究计划“拔尖青年科学家”、青促会“优秀会员”等人才项目资助。