杂多金属化合物基可见光光致变色纳米复合薄膜的构建和性能研究

For all we know, there is no research about the visible-light photochromic system based on heteropolyoxometalates (HPOM) at home and abroad. HPOM-based composite thin films with visible-light photochromism could be synthesized through compositing between HPOM and visible-light induced inorganic semiconductor nanoparticles. The influence of the component, content and preparation method on the structure and the visible-light photochromic behaviors of composite thin films will be investigated, and reveal the interactions between the constitute and structure of composite films and the visible-light photochromic properties. Based on the surface characteristics and energy level transition characteristics of semiconductor photosensitive nano-particles, the light utilization efficiency of composite films in region of visible light will be studied. According to the charge transfer theory and energy level transition theory, the photo-production electron transfer mechanism in the POM-based composite system will be discussed, which provide fundamental basis for the development of visible-light photochromic system.

本项目针对目前国内外尚无杂多金属化合物基可见光光致变色体系及其变色机制研究的问题，通过与可见光激发的无机半导体纳米材料复合，构建杂多金属化合物基可见光光致变色纳米复合薄膜体系。研究复合薄膜组分、含量和制备方法等对纳米复合薄膜的结构以及可见光光致变色性能的影响，揭示复合薄膜组成、结构与可见光光致变色性能之间的内在关系。研究复合薄膜可见光区的光利用效率，结合纳米半导体光敏材料的表面特性和能级跃迁特性，依据电荷转移理论和能级跃迁理论，提出杂多金属化合物基可见光光致变色纳米复合薄膜体系的可能的光生电子转移机制，从而为相关光致变色体系的研制提供理论基础。

针对目前国内外杂多金属化合物基可见光光致变色体系研究较少的现状，通过杂多金属化合物与有机高分子或与可见光激发的无机半导体纳米材料复合，构建杂多金属化合物基可见光光致变色纳米复合薄膜体系。研究复合薄膜组成、结构与可见光光致变色性能间的内在关系。提出杂多金属化合物基可见光光致变色纳米复合薄膜体系的可能机制，从而为相关光致变色体系的研究提供理论基础。利用氢键作用制备了具有可逆光致变色性能的磷钼酸-乙基纤维素和磷钼酸-聚乙烯吡咯烷酮复合薄膜，通过红外光谱、紫外可见光谱、原子力显微镜、X-射线光电子能谱等测试手段研究了复合薄膜的结构、光致变色性质及机理。在可见光光照下复合膜由无色变为蓝色，杂多酸被还原产生杂多蓝，体系的光致变色过程是按照质子转移机制进行的。采用溶胶-凝胶法制备了具有可见光光致变色性能的PMoA/SiO2/ZnFe2O4复合薄膜，结果表明PMoA/SiO2/ZnFe2O4复合薄膜复合前后在形貌、微结构上存在差异。Keggin结构磷钼酸分子的基本结构在复合薄膜中仍然存在，在PMoA与ZnFe2O4间形成电荷转移桥。ZnFe2O4受可见光激发产生光生电子，导致磷钼酸发生光还原反应，体系的光致变色过程是按照光生电子转移机制进行的