金属离子对罗丹明B基光致变色材料的性能调控方法和应用技术

本发明专利技术涉及金属离子对罗丹明B基光致变色材料的性能调控方法和应用，属于光致变色材料技术领域。提供一种基于罗丹明B的光致变色体系，其性能可通过金属离子Zn(II)、Ni(II)和Hg(II)轻易调节，这些金属离子赋予配合物L‑Zn、L‑Ni、L‑Hg相似的光致变色性质，但荧光变化明显不同，在紫外光照射下，Zn(II)、Ni(II)和Hg(II)分别引起荧光“关”、“无变化”和“开”响应。利用金属离子对罗丹明B基光致变色体系所诱导的明显不同的紫外吸收和荧光特性，通过简单改变金属离子和紫外光的输入来设计不同的逻辑门。

The method and application of metal ions controlling the properties of rhodamine B-based photochromic materials

【技术实现步骤摘要】
金属离子对罗丹明B基光致变色材料的性能调控方法和应用
本专利技术涉及金属离子对罗丹明B基光致变色材料的性能调控方法和应用，属于光致变色材料

技术介绍
光致变色是指一种物质两种不同状态之间的可逆变化，其中至少有一个方向的变化是由于光的辐射引发的。光致变色材料在受到某一种电磁波的辐照后，引起其吸收光谱发生了明显的变化，进而导致其体色表现为另一种颜色，然后经过另一种波长的电磁波再次照射后，又恢复到原来的体色。光致变色材料是一种可以在光照射下发生物理或化学变化的材料。由于光控特性，光致变色材料在构建分子机器、分子逻辑门、光学数据存储、荧光传感器、光可控开关等多种功能材料方面受到广泛关注。近年来，人们致力于将各种刺激与光相结合从而赋予光致变色材料更丰富的性能，这也成为开发多功能光致变色材料的热点。到目前为止，包括pH、热、电和机械力在内的刺激已被引入多功能光响应材料的研究中。然而，据我们所知，通过金属离子调控光致变色性能的研究仍鲜有报道。因此，发展可通过金属离子调控光致变色性能的多功能光致变色体系仍充满了挑战性。罗丹明B水杨醛酰腙金属离子配合物由于其合成简单、光致变色明显、抗疲劳性能优良等优点而受到了人们的广泛关注。而且，金属离子配合物的结构使得它成为很好的金属离子调控性能的研究对象。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于罗丹明B的光致变色体系，它的性能可以通过金属离子[Zn(II)、Ni(II)和Hg(II)]轻易地调节，这些金属离子赋予配合物(L-Zn、L-Ni、L-Hg)相似的光致变色性质，但荧光变化明显不同。利用金属离子对罗丹明B光致变色体系所诱导的明显的不同特性，通过简单地改变金属离子和紫外光的输入设计不同的逻辑门。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种金属离子对罗丹明B基光致变色材料的制备方法，包括以下步骤：(1)2,4-二羟基苯甲醛罗丹明B酰腙席夫碱(L)的合成：a.以罗丹明B和水合肼为原料，在无水乙醇中回流6h，制得罗丹明B酰肼；其中罗丹明B、水合肼和无水乙醇的摩尔比为1:5:50-100；b.将罗丹明B酰肼溶于无水乙醇溶剂中，加入2,4-二羟基苯甲醛，将混合物搅拌并在80℃下回流2小时，将反应后的混合物减压浓缩后在4℃下静置2小时，形成粉红色沉淀后过滤；收集沉淀，用无水乙醇洗涤三次，减压干燥，得到粉红色固体L；其中罗丹明B、2,4-二羟基苯甲醛和无水乙醇的摩尔比为4:5:500-1000；(2)L-Zn、L-Ni、L-Hg配合物的制备：a.以硝酸盐为原料，用去离子水分别制备Zn(II)、Ni(II)和Hg(II)的金属盐溶液；b.以四氢呋喃为溶剂，制备L溶液；c.取三份L溶液，分别加入相应10当量的所述金属盐溶液，分别制备L-Zn，L-Ni和L-Hg的配合物溶液。所述的金属离子对罗丹明B基光致变色材料的制备方法，步骤(2)中硝酸盐为六水合硝酸锌、六水合硝酸镍或一水合硝酸汞。所述的金属离子对罗丹明B基光致变色材料的制备方法，步骤(2)L-Zn、L-Ni、L-Hg三种配合物中，L与Zn(II)的化学计量比为1:1，L与Ni(II)的化学计量比为1:1，L与Hg(II)的化学计量比为2:1。所述的金属离子对罗丹明B基光致变色材料的性能调控方法，以L为配体，通过金属离子Zn(II)、Ni(II)和Hg(II)的种类系统调节L的光致变色性能，其吸收和荧光特性以及热回复率由金属离子有效调节；其中所述吸收和荧光特性为，在紫外光照射下，L-Zn在556nm处吸光度由零变为明显值，在516nm处发生荧光淬灭；L-Ni在556nm处吸光度由零变为明显值，照射前后均未观察到荧光；L-Hg在紫外光照射后在556nm处的吸光度和589nm处的荧光均明显增强。所述的金属离子对罗丹明B基光致变色材料的性能调控方法，所述热回复率为L-Zn、L-Ni、L-Hg三种配合物的抗疲劳性和可逆光响应性能。所述的金属离子对罗丹明B基光致变色材料在性能调控方面的应用。所述的金属离子对罗丹明B基光致变色材料在性能调控方面的应用，通过改变金属离子和紫外光的输入设计不同的逻辑门。本专利技术有益效果：1.本专利技术提供一种基于罗丹明B的光致变色体系，其性能可以通过金属离子[Zn(II)、Ni(II)和Hg(II)]轻易地调节，这些金属离子赋予配合物(L-Zn、L-Ni、L-Hg)相似的光致变色性质，但荧光变化明显不同。其中L与Zn(II)、Ni(II)和Hg(II)金属离子之间的化学计量比分别为1:1、1:1和2:1。2.虽然本专利技术配合物L-M的罗丹明B基团表现出类似的闭环结构到开环结构的异构化过程，伴随明显的紫外吸收，但它们在紫外光照射时表现出完全不同的光诱导荧光特性。特别是，在配合物受到紫外光照射后，L-Zn的荧光从强发射变为两个明显的荧光淬灭峰，而Hg(II)则导致其荧光强度由弱到明显的增强。另一方面，无论L-Ni是否受到紫外光照射，Ni(II)都不能带来荧光差异。3.本专利技术的三种配合物从开环形式到闭环形式的热回复动力学也可以由金属离子调节，通过L-Zn、L-Ni和L-Hg三种配合物在开环形式到闭环形式之间的反复切换，每个配合物在556nm处的最大吸光度几乎保持不变，即使重复10次也没有明显退化，表明这三种配合物具有良好的抗疲劳性和优异的可逆光响应性能。4.本专利技术利用金属离子对罗丹明B基光致变色体系所诱导的明显不同的紫外吸收和荧光特性，通过简单改变金属离子和紫外光的输入来设计不同的逻辑门，为开发多功能光致变色材料提供了一种新的策略，从而有助于进一步构建其性能可调的光控逻辑门。附图说明图1本专利技术L的合成路线图；图2金属离子和L的紫外-可见滴定实验；图2中，a：在四氢呋喃中加入Zn(II)时，L的吸收光谱，c：在四氢呋喃中加入Ni(II)时，L的吸收光谱，e：在四氢呋喃中加入Hg(II)时，L的吸收光谱，b：410nm的吸光度与Zn(II)浓度的函数关系，d：421nm的吸光度与Ni(II)浓度的函数关系，f：558nm的吸光度与Hg(II)浓度的函数关系，插图：lg(A-A0)/(Amax-A)和lg[M]之间的线性拟合；图3本专利技术的配合物(a)L-Zn、(b)L-Ni和(c)L-Hg在紫外光照射前后的吸收光谱和照片；图4本专利技术的配合物(a)L-Zn、(b)L-Ni和(c)L-Hg在紫外光照射前后的荧光光谱和照片；图5在紫外光照射下L-Zn的异构化机制示意图；图6紫外光照射后的L-Zn荧光光谱和具有开环结构的罗丹明B(RhB)的吸收光谱；图7开环结构的罗丹明B(RhB)及L-Hg在紫外光照射前后的荧光光谱图；图8本专利技术的配合物(a)L-Zn、(b)L-Ni和(c)L-Hg的热回复动力学曲线；图8中，插图：lnA随时间变化的曲线；图9本专利技术的配合物(a)L-Zn、(b)L-Ni和(c)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属离子对罗丹明B基光致变色材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)2,4-二羟基苯甲醛罗丹明B酰腙席夫碱(L)的合成：/na.以罗丹明B和水合肼为原料，在无水乙醇中回流6h，制得罗丹明B酰肼；其中罗丹明B、水合肼和无水乙醇的摩尔比为1:5:50-100；/nb.将罗丹明B酰肼溶于无水乙醇溶剂中，加入2,4-二羟基苯甲醛，将混合物搅拌并在80℃下回流2小时，将反应后的混合物减压浓缩后在4℃下静置2小时，形成粉红色沉淀后过滤；收集沉淀，用无水乙醇洗涤三次，减压干燥，得到粉红色固体L；其中罗丹明B、2,4-二羟基苯甲醛和无水乙醇的摩尔比为4:5:500-1000；/n(2)L-Zn、L-Ni、L-Hg配合物的制备：/na.以硝酸盐为原料，用去离子水分别制备Zn(II)、Ni(II)和Hg(II)的金属盐溶液；/nb.以四氢呋喃为溶剂，制备L溶液；/nc.取三份L溶液，分别加入相应10当量的所述金属盐溶液，分别制备L-Zn，L-Ni和L-Hg的配合物溶液。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属离子对罗丹明B基光致变色材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)2,4-二羟基苯甲醛罗丹明B酰腙席夫碱(L)的合成：
a.以罗丹明B和水合肼为原料，在无水乙醇中回流6h，制得罗丹明B酰肼；其中罗丹明B、水合肼和无水乙醇的摩尔比为1:5:50-100；
b.将罗丹明B酰肼溶于无水乙醇溶剂中，加入2,4-二羟基苯甲醛，将混合物搅拌并在80℃下回流2小时，将反应后的混合物减压浓缩后在4℃下静置2小时，形成粉红色沉淀后过滤；收集沉淀，用无水乙醇洗涤三次，减压干燥，得到粉红色固体L；其中罗丹明B、2,4-二羟基苯甲醛和无水乙醇的摩尔比为4:5:500-1000；
(2)L-Zn、L-Ni、L-Hg配合物的制备：
a.以硝酸盐为原料，用去离子水分别制备Zn(II)、Ni(II)和Hg(II)的金属盐溶液；
b.以四氢呋喃为溶剂，制备L溶液；
c.取三份L溶液，分别加入相应10当量的所述金属盐溶液，分别制备L-Zn，L-Ni和L-Hg的配合物溶液。


2.如权利要求1所述的金属离子对罗丹明B基光致变色材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中硝酸盐为六水合硝酸锌、六水合硝酸镍或一水合硝酸汞。


3.如权利要求1所述的金属离子对罗丹明B基光致变色材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李媛媛，李恺，何娟，冯子宁，李雅静，金文慧，刘慧莹，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41