新型光致变色金属磷酸盐开放骨架材料的合成和性质研究

In this project, we focus on photochromic property of the metal phosphate open-framework materials by using viologen-based photochromic molecules, which show excellent photochemical activity and stability, as templates and guest molecules. By combining the structural features of metal phosphate open-framework materials and the advantages of viologen-based organic photochromic molecules, a series of novel inorganic-organic composite photochromic metal phosphate open-framework materials would be synthesized. We will systematically investigate the influence of rich structures and compositions of metal phosphate open-framework materials, different size and geometric configuration of viologen-based photochromic molecules and the synergy effect between inorganic anionic frameworks and organic molecules on the photochromic behaviors, as well as their influence on other properties (photoluminescence, magnetism). Meanwhile theoretical calculation would be used to study the photochromic mechanism, revealing the relationships between synthesis, structure and properties. This work will provide avaiable synthetic route for novel photochromic open-framework materials and support the basis to promote the practical application of these materials.

本项目以金属磷酸盐开放骨架材料为研究对象，引入具有优良光化学活性和稳定性的紫精类光致变色分子作为模板剂和客体分子，结合金属磷酸盐开放骨架材料的结构特点和紫精类有机光致变色分子的优势，构筑新型无机-有机复合的光致变色金属磷酸盐开放骨架材料。系统探索不同的金属磷酸盐骨架结构、骨架组成，不同尺寸和几何构型的紫精基光致变色分子以及无机阴离子骨架与紫精类光致变色分子间的协同作用等对光致变色行为的影响；详细研究其光致变色行为以及无机-有机协同作用引起的其他性质变化（光致发光，磁性）；总结上述规律并结合理论计算研究其光致变色机理，揭示其合成，结构与性质之间的关系，开发合成新型开放骨架光致变色材料的有效方法，并为推动其应用提供研究基础。

本项目以开发新型光致变色无机有机杂化开放骨架为主要研究内容，通过不同方式在开放骨架结构中引入紫精类光致变色分子，结合开放骨架的结构特点和紫精类有机光致变色分子的优势，构筑新型无机有机杂化光致变色开放骨架材料。我们分别以溶剂热原位N-烷基化反应，直接使用紫精类模板剂和分解-重组策略自组装的方式将紫精类光致变色分子与开放骨架在分子水平上进行组装，成功制备了一系列新型无机有机杂化光致变色材料，系统的研究了这一系列材料的骨架结构和骨架组成以及不同有机光致变色分子等对光致变色行为的影响（诱导光的种类和能量，光响应波长范围，光响应时间，变色后的稳定性以及变色可逆的条件等）；探究了这些材料中紫精类分子及其开放骨架之间的协同作用，和协同变色行为带来的物理化学性质变化（光致发光，光电流，光催化性能等），进一步探索了基于其性质变化带来的潜在应用；在实验测试的基础上根据其晶体结构结合理论计算研究了它们的光致变色机理，总结了紫精类光致变色开放骨架材料的结构与相应光致变色性质之间的关系和规律，一定程度上揭示了其合成、结构与性质之间的关系，为探索合成新型开放骨架光致变色材料提供了实验方法和思路。通过三年的研究工作，本项目研究共发表基金资助相关论文多篇，申请发明专利多项，培养毕业硕士研究生1名，已基本完成本项目的研究目标。