新型二芳基乙烯材料的离子调控光致变色性能研究.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:国家自然科学基金面上项目()上海市自然科学基金项目()上海市浦江人才计划项目()作者简介:王晨晨()女河南周口人上海电力大学在读硕士研究生师从辛志玲副教授和邹祺副教授主要从事有机光致变色材料的研究 电话:.通信作者:辛志玲()副教授硕士生导师主要从事工业催化及环境污染物控制与资源化研究 :.邹祺()副教授硕士生导师主要从事有机光致变色材料的合成及应用研究 :.新型二芳基乙烯材料的离子调控光致变色性能研究王晨晨苟丽珍辛志玲邹祺(.上海电力大学 环境与化学工程学院上海.华东理工大学 化学与分子工程学院上海)摘 要:合成了一种新型二芳基乙烯分子 光致变色材料并且对铜离子表现出高选择性响应能够通过与铜离子的特异络合来调控分子的光致变色性质 构建了一种具有三个输入信号和两个输出信号的分子电路可以进行复杂的多寻址逻辑运算关键词:二芳基乙烯光致变色离子调控逻辑电路中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.:光致变色化合物是一类在一定波长的光作用下结构和物理化学性质会发生可逆变化的分子开关 其中二芳基乙烯分子凭借其良好的热稳定性、显著的抗疲劳性能、高灵敏和快速响应等优点被广泛应用于化学探针、高密度信息存储、聚集诱导发光等诸多领域本文设计合成了一种新型二芳基乙烯分子 能够高选择性地识别 更为重要的是 能够高效调控 的光致变色性能 在/存在时可以使 的光环化反应效率降低 基于上述特性设计构建了一种具有三个输入信号和两个输出信号的分子电路并成功用其进行复杂的多寻址逻辑运算 实验部分.材料与仪器碳酸二酰肼、乙醇、哌啶、均为分析纯 傅里叶变换核磁共振波谱仪 质谱仪 型质谱仪 型紫外可见分光光度计.化合物 的合成根据文献制备并纯化(氯甲基噻吩基)(甲酰基甲基噻吩基)环戊烯与碳酸二酰肼反应生成化合物 应用化工第 卷 在避光和氮气保护条件下将.化合物()、.化合物()和 乙醇加入 反 应 管 中 充 分 搅 拌 均 匀 滴 加.哌啶加热至 回流反应 结束后冷却至室温 抽滤得到白色固体 产率().().().().().().().().().()().(/):理论值.实验值.结果与讨论.化合物 的光致变色特性常温下化合物(/)在甲醇溶液中的紫外可见吸收光谱见图 图 化合物(/)的甲醇溶液在 光照下的紫外可见吸收光谱变化.(/)由图 可知在波长为 的紫外光照射下化合物 位于 处的吸收峰会逐渐蓝移至 处同时在 处出现一个新的吸收峰并且其吸光度会随着光照时间的延长而不断增大 当光照时间长达 后 达到光稳态颜色由初始的无色变成粉红色 当采用 及以上的可见光照射光稳态溶液后能够重新获得初始的紫外可见吸收光谱溶液颜色也变为无色由此可知 分子分别在紫外/可见光照射下可以发生开环态和闭环态之间的可逆循环变化即化合物具有典型的光致变色性质利用紫外/可见光交替照射实验考察了化合物 在甲醇溶液中的抗疲劳性能以 处的吸光度作为参考值结果见图 图 化合物 在紫外光()和可见光()交替照射下的抗疲劳性.()()由图 可知即使不除氧的情况下经过 次光照交替循环后并未观察到化合物有明显的分解迹象表明化合物 在甲醇溶液中具有良好的抗疲劳性.化合物 对 的选择性识别.对不同金属离子的识别检测、分别用超纯水制备对应的金属离子溶液浓度均为./在室温下化合物(/)的甲醇溶液对、等各种金属离子的识别性能见图 由图 可知通过测定添加 /金属离子后化合物的紫外可见吸收光谱以化合物加入金属离子前后在 处的吸光度比值为观察指数只有 能够使化合物的紫外可见吸收光谱发生明显变化说明化合物对 具有高选择性的识别和检测能力由图 可知 的甲醇溶液中连续滴加 化合物在 处的吸收峰不断下降并且在 /时达到饱和状态第 期王晨晨等:新型二芳基乙烯材料的离子调控光致变色性能研究图 化合物(/)的甲醇溶液对各种金属离子(/)的选择性()化合物(/)的甲醇溶液滴加(/)的紫外可见吸收光谱变化().(/)(/)()(/)(/)().与 的络合采用高分辨质谱()研究了化合物 溶液的吸收光谱对 发生特异响应的原因结果见图 图 化合物(/)的甲醇溶液滴加 (/)后的质谱图.()(/)(/)由图 可知 的理 论 计 算 值 为.实际值为.因此得出 分子和 以的化学计量比形成络合物 由于 的顺磁效应 与 的络合方式无法通过 滴定实验进行验证 基于之前的研究推断 中亚胺基团内的 原子和酰胺基团内的 原子共同参与与 配位形成络合物 .光稳态下 对 的识别性能 实验结果见图 图 化合物(/)的光稳态甲醇溶液滴加 (/)后的紫外吸收光谱变化()和滴加金属离子前后化合物(/)在 处的吸光度比值().(/)(/)()()由图 可知 的光稳态溶液在 处的吸收峰会随着 的逐渐加入而不断降低并向 处红移 通过对光稳态下离子选择性的研究发现同样只有 能够与 的闭环态形成络合物从而实现 光稳态溶液对 的特异性检测(图)另一方面由于乙二胺四乙酸()和 存在强络合作用 可以通过向 和其光稳态溶液中分别加入 来恢复初始溶液的紫外可见吸收光谱从而高效调控化合物 及其光稳态溶液对 的识别能力.对化合物 光致变色性质的调控在室温下 研究了各种金属离子对化合物 光致变色性质的调控性能结果见图 应用化工第 卷图 紫外光照射后化合物(/)与各种金属离子(/)在甲醇溶液中的紫外/可见吸收光谱变化()用 的紫外光照射后滴加金属离子(/)前后在 处的吸光度比().(/)(/)()(/)(/)()由图 可知在 的甲醇溶液中分别添加/各种金属离子采用 紫外光照射 使溶液达到光稳态只有 能够明显抑制化合物 的光环化反应效率达 为深入研究不同含量 对化合物 光致变色性质的调控能力在化合物 的甲醇溶液中分别加入不同浓度的 并用 紫外光对混合溶液光照 测定其紫外可见吸收光谱(图)并以 处的吸光度作为考察标准由此绘制成图 图 不同 含量的化合物(/)的甲醇溶液中在 光照射后的紫外吸收光谱变化.(/)图 不同 含量的化合物(/)的甲醇溶液用 光照射后 处的吸收强度随时间变化的曲线.(/)由图 可知随着溶液中 含量的增加在相同光照时间条件下 在 处的吸光度逐渐下降说明 通过与 配位形成络合第 期王晨晨等:新型二芳基乙烯材料的离子调控光致变色性能研究物阻碍了两个活性碳原子之间的电环化反应导致其光反应活性受到部分抑制.分子逻辑电路的构建应用能够实现多重信号控制的分子逻辑电路作为数字逻辑系统的典型代表由于其简单的结构设计强大的运算功能在数字电子技术领域中具有独特的潜力 基于化合物 的上述性能设计了真值表(表)对于输入信号布尔值“”表示紫外光照射、或 等刺激的存在否则布尔值为“”对于输出 信号 布 尔 值“”表 示 处吸光度 .说明其具有光致变色活性否则布尔值为“”由此构建出具有三个输入信号(输入:加入 输入:紫外光照射输入:加入)和两个输出信号(输出:处吸光度.)的分子逻辑电路(图)这种基于单分子平台的多重信号控制逻辑电路研究对于新型光电器件的发展与应用具有重要意义图 具有三输入和两输出的分子逻辑电路.表 逻辑电路的真值表 输入()输入()输入()输出(处吸光度.)结论开发了一种新型二芳基乙烯分子 其在紫外光和可见光的交替照射下能够呈现出显著的光响应活性与此同时 能够独特地调控分子的光致变色性质 基于上述特性设计出可以进行复杂多寻址逻辑运算的三输入两输出分子电路 这种具有多重信号响应的单分子平台为未来智能材料和分子开关设备的研究提供了新的思路参考文献:.():.:.():.():.:.():.():.():.():.:.():.:.():.“”.():.(下转第 页)第 期王鹏等:自迁移水性聚氨酯乳化沥青粘层的制备及性能研究“微球”占粘层上表面面积比例远超水性聚氨酯乳液掺加比例 这表明水性聚氨酯乳液中的聚氨酯材料在粘层成型过程中逐渐自主迁移到粘层表面使得在粘层表面出现聚氨酯富集层(聚氨酯占比超过)由于聚氨酯材料相比于沥青具有更好的高低温性能使得在掺加很少的水性聚氨酯乳液粘层表面不粘轮效果(抵抗高温性能)明显改善 结论将一种水性聚氨酯乳液掺加至乳化沥青中制备出一种具有自迁移效果的 粘层成型后的 粘层上表面聚氨酯含量显著高于粘层下表面水性聚氨酯乳液在乳化沥青中最佳掺加量为 在最佳掺加量下 粘层在 下具有优异的不粘轮效果参考文献:.:.():.张金荣.长寿命沥青路面层间处治技术研究.西安:长安大学.孙强李进胡腾飞等.实测沥青路面温度场分布规律研究.中外公路():.:.():.郭婷婷江凯冯雯雯等.不黏轮乳化沥青的制备及其作用机理研究.中外公路():.赵阳周启伟王庆珍等.非黏轮改性硬质乳化沥青性能评价.重庆交通大学学报(自然科学版)():.李啸华袁野王体宏等.不粘轮乳化沥青应用性能评价及在城市道路大修中的应用.石油沥青():.魏芳张定军张晟祥等.一种应用于塑料薄膜的水性聚氨酯的制备及性能研究.应用化工():.郝国栋洪邦辉.一种运动场地用聚氨酯涂料的制备.应用化工():.杨玉坤王鑫赵雄燕.水性聚氨酯涂料的功能化及性能.应用化工():.崔传炜翟金陵.水性聚氨酯改性乳化沥青性能研究及其在微表处中的性能评价.石油沥青():.中华人民共和国交通运输部.公路工程沥青及沥青混合料试验规程:.北京:人民交通出版社.(上接第 页).():.马拉毛草马恒昌.聚集诱导发光材料在生物分子检测中的应用.应用化工():.():.():.杜雅然张远恒王鑫等.荧光材料发射性能对其分子结构依赖性的研究.应用化工():.():.:.():.():.:.():.():.