新型光致变色多孔功能材料的合成及性质研究

Photochromic materials have important applications in optical switches, information storage, photography, photometry and so on. This project aims to explore new porous functional materials with excellent photochromic property and high thermal stability. In this project, we take the molecular sieves and metal-organic framework materials as the object, through design and selecting viologen-based organic molecules with light stability, rapid photochromism and obvious discoloration as templates or organic ligands, a series of new inorganic / organic composite or inorganic - organic hybrid porous photochromic material will be prepared. The influence of framework structure (molecular sieve framework or metal-organic framework), pore structure (pore size and shape), framework composition, different states of aggregation (nanocrystal, fiber, membrane), and synergy of porous framework and organic molecules on the photochromic property will be investigated. On the basis of above studies, to further understand the photochromic mechanism, revealing the structure-property relationships and rules between porous structure and photochromic properties. This work will provide the basis for promoting the practical application of photochromic porous materials.

光致变色材料在光开关、信息存储、照相、光度测量等方面具有重要的应用。本项目以具有优良光致变色性质和高稳定性的新型多孔光致变色材料的开发为目标，以分子筛和金属有机骨架（MOF）材料为研究对象，筛选和设计光稳定性好、光致变色速度快、变色明显的联吡啶盐类有机变色分子（如紫精）作为模板剂或有机配体，构筑新型无机/有机复合或无机-有机杂化的多孔光致变色材料。研究多孔骨架结构（分子筛无机骨架、金属-有机骨架）、孔道结构（孔道大小、形状）、骨架组成（如含过渡金属、稀土金属等）、不同聚集态（如纳米晶、纤维、膜），以及多孔骨架与有机分子的协同作用等对光致变色性能的影响，深入理解其光致变色机制，揭示多孔结构与光致变色性质的构效关系与规律，为推动多孔光致变色材料的实际应用提供基础。

光致变色材料在光开关、信息存储、照相、光度测量等方面具有重要的应用。本项目以新型多孔光致变色材料的开发为目标，开展了系统的合成研究：将具有光致变色性质的紫精和联吡啶类有机分子作为模板剂或有机配体引入到分子筛、开放骨架材料和金属-有机骨架材料中，开发了有效的合成策略，制备了几种具有光致变色性质的多孔功能材料，包括具有X-射线诱导的变色磷酸锌，具有光致变色和光催化性能的开放骨架材料，系列与联吡啶发生杂化的光致变色金属磷酸盐，具有光致变色和热致变色的MOFs，以及具有光致变色和蒸汽变色MOFs材料等。在系统合成的基础上，详细研究了这些材料的晶体结构、孔道特征、变色性质、主客体相互作用等，总结了结构与光致变色性质的构效关系与规律，揭示其光致变色机制。在此基础上，开发了制备的多孔材料在气体吸附、发光、检测等方面的功能。研究成果四年来发表与本项目相关的SCI论文13篇，培养博士研究生3人，硕士研究生1人。