摘 要

变色材料的研究引起了人们越来越多的关注。如今，人们常常把某种材料放在电场中或处于外加电流之下时能够发生颜色改变的现象称为电致变色。这种变色通常情况下是稳定并且可逆的。我们在研究过程中把N,N′-二取代-4,4′-联吡啶盐称为紫精。紫精类化合物能在光或者电的刺激下发生电子转移，由于电子转移的数目不同，所以紫精通常具有不同的氧化态。紫精杂化物通过光化学等方法可以发生可逆的氧化还原反应，反应的过程中有着明显的颜色变化。比起普通的电致变色材料，紫精化合物具有更多优点。无机-有机杂化材料可以综合无机成分和有机成分的不同优点，并由两个 物种之间的协同作用而产生新的性质。 本论文将尝试制备出以紫精类化合物为有机组份,卤化金属盐为无机组份制备新型无机-有机杂化材料，并对所得的材料进行表征。

关键词： 紫精类化合物 无机-有机杂化物 表征

Study on the synthesis, structure and properties of inorganic - organic hybrid materials based on purple

Abstract

The study of color-changing materials has attracted more and more attention. Electrically induced discoloration is the phenomenon that the optical properties of the materials are stable and reversible under the action of electric field. N,N'-disubstituted-4,4'-dipyridyl salt is commonly known as viologen as one of the most representative Electrically induced discoloration materials. These compounds can be transferred electronically under the stimulation of light or electricity, resulting in different oxidation states. The chemical, photochemical and electrochemical methods can be used to realize two-step reversible REDOX reaction, with excellent REDOX performance, with significant changes in color. Compared with other Electrically induced discoloration materials, these compounds have the advantages of low cost, rich color, high contrast, short response time and long service life. Inorganic - organic hybrid materials can synthesize the different advantages of inorganic and organic compounds and produce new properties by synergistic action between two species. In this paper, we will try to prepare a new type of inorganic - organic hybrid materials, which can be prepared by using the compound as organic components.

Key Words: Violet compound；Inorganic-organic hybrids；Characterization

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 电致变色 1

1.1.1 电致变色原理 1

1.1.2 电致变色材料的进展与现状 1

1.2紫精类化合物 2

1.2.1紫精背景 2

1.2.2紫精变色机理 3

1.2.3紫精类有机化合物 3

1.3紫精类有机-无机杂化化合物 5

1.3.1紫精聚合物物的背景 5

1.3.2紫精聚合物的研究 6

1.3.3紫精聚合物的功能性 7

1.4本论文研究的目的与意义 9

第二章 实验部分 10

2.1试剂与仪器 10

2.1.1试剂 10

2.1.2仪器 11

2.2N,N′-二取代-4,4′-联吡啶盐的合成 11

2.2.1合成原理 11

2.2.2合成步骤 11

第三章 结果与讨论 13

3.1红外光谱表征 13

3.2XRD表征 13

3.3Hirshfeld表面分析 14

第四章 总结与展望 17

4.1结论 17

4.2展望 17

致谢 19

参考文献 20

附录 23

致谢 24

第一章 文献综述

1.1 电致变色

1.1.1 电致变色原理

世界之所以如此的五彩缤纷，是因为物体自身对不同波的光，有着不同的吸收和反射。通常来说，物质呈现的颜色在某个色彩区域内是保持不变的。然而，有着比如变色龙一样的生物，变色龙在受到来自于外界的刺激时，它会相应的改变自身的颜色从而保护自己不受外界环境的影响，进而达到保护自己的目的，而当外界的刺激消失之后，它又恢复为原来的颜色，我们把变色龙的这种行为称作响应性变色。响应性变色在被人们发现之后就引起了广泛的研究。在研究的过程中，人们逐渐发现了光致变色，电致变色等现象。

电致变色，即物质在电场或者外加电流的作用下，物质的光学性能在可见光的波长内发生的稳定可逆的变化的现象，与光致变色，热致变色相对应[1-3]。电致变色在外观上主要表现为材料在受到电流的刺激后，其颜色或者透明度会发生稳定的可逆的变化。通常来说，这种颜色发生可逆变化的现象是发生在两种不同颜色之间，或发生在有色与无色之间。材料自身所拥有的氧化还原性能和其化合态的变化是决定电致变色的主要因素。人们通常根据材料在可见光区所拥有的吸收特性，采用改变材料中电子的射入与抽出的方法来调制红外反射特性。有时也采用改变材料载电子浓度和使电子振动频率相等的方法来调制材料的红外反射特性。通常把电致变色材料分为以下几类。一高分子聚合物，二过渡金属氧化物，三有机低分子化合物。如今，人们研究的比较多的电致变色材料有紫精以及WO₃，研究者对WO₃的变色机理已经提出了多种模型。

1.1.2 电致变色材料的进展与现状

当1969年，科学家Deb通过对WO3薄膜的研究发现了其薄膜会发生电致变色现象以来，因为这类电致变色薄所具有的优良的特异性能，所以引起了人们广泛的关注与研究，20世纪70年代，人们在研究电致变色材料的过程中生产出了电致变色器件。并且于80年代初期美国的科学家发明出了‘灵巧窗’，灵巧窗的出现表明了人们在电致变色器件的研究上取得了很大的突破。灵巧窗的问世被认为是电致变色材料研究过程中的启明星。在此之后，有机性能的电致变色材料走上了舞台，获得了人们广泛的重视与研究，并且日益成为了材料研究领域的新兴热门。早期人们对电致变色的研究主要集中在高温环境和单晶材料的电致变色效应上，如今，人们对电致变色的定义早已不同于以前。以前对电致变色的定义是用肉眼可以观察到的颜色的变化，如今变成了材料的颜色在近紫外，红外等电磁区发生可逆变化。现在人们在生活中比较常见的电致变色材料包含这几类:一过渡金属氧化物，二普鲁士蓝，三紫精化合物，四导电聚合物。本论文主要介绍电致变色的代表化合物：紫精，并对其进行表征。

近些年来，由于电致变色材料以及器件所具有的特异的光-电特性，所以电致变色材料广泛用于新型的电子显示器，生产信息存储器件，军事防伪服装等等。当把电致变色材料的运用放在玻璃上时，它会起到调节能量释放的作用。并且电致变色材料一般是绿色无污染，节能且高效的，响应了当今新时代的可持续发展的要求。因此，由于电致变色材料的各种优异的特性，所以它无论是电致变色材料，亦或是电致变色器件，都吸引着人们去研究它们，发现它们。除此此外，由于电致变色材料还具有的军事伪装的巨大价值，所以各国军方都投了巨大的资源及人力在此方面的开发，以求得实用化的突破。

1.2紫精类化合物

1.2.1紫精背景

Michaelis^[9]等人于1932年发现了一种物质，这种物质被还原后颜色会变为紫色，此物质就是N,N′-二甲基-4，4′-联吡啶，他们给这种物质取名叫“紫精”。后来渐渐的，人们就把联吡啶盐类都称作紫精。紫精化合物具有很多优异的性能，如电致变色性能，热致变色性能，光致变色性能，可逆的氧化还原性能，电化学性能，α-烷基化催化性能等，所以在二十世纪80年代后，无论是紫精小分子，还是紫精聚合物，亦或是紫精杂化体系，都受到广泛的重视，在研究的过程中，逐渐发现了这类化合物在电致变色器件^[10-11]，光致变色器件^[12-13]，热致变色器件^[14-15]，化学修饰电极^[16-17]，生物制剂^[18]，光催化^[19]等方面有着很大的商业价值。从而引起了人们对此类化合物更广泛的研究。