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新能源研究院在低共熔溶剂合成热致变色晶体材料中取得进展
2018-04-27 10:18   审核人:

热致变色材料是指一类在一定温度范围内其颜色随温度变化而发生变化的特种材料,广泛应用于传感、纺织、涂料、防伪等诸多领域。层状结构的硒化锡SnSe2具有随温度可变的半导体带隙,其光谱吸收与温度之间存在紧密的联系,具有广阔的研究前景。然而,室温下该材料的禁带宽度较窄(Eg = 1.4 eV),晶体呈黑色,导致其表观上并不能显示出灵敏的、肉眼可识别的热致变色行为。而物质光学性能的改变和调节有赖于对其微观结构进行改造和修饰。因此,开发新的合成技术来构造具有突出结构特点的Sn-Se材料具有重要意义。

 

在国家自然科学基金青年项目、天津市“131”创新型人才培养工程项目的资助下,王凯耀副研究员利用绿色、廉价、可生物降解的低共熔溶剂(deep eutectic solvents;DESs)作为反应介质,以DESs中包含的有机胺阳离子为结构导向剂,合成出两例具有开放骨架结构的Sn-Se晶体材料:[(CH3)3N(CH2)2OH]2[Sn3Se7]·H2O和[(CH3)3N(CH2)2CH3]2[Sn3Se7]。两种材料所共有的[Sn3Se7]n2n-无机片层具有尺寸为~12.61×9.43 Å的窗口,营造出具有量子反点(quantum antidots)的晶格特征。结果表明,这种在片层上“穿孔”的结构特点,有效地增大了半导体的带隙(Eg = 2.3 eV),使材料的光学吸收边位于可见光区。并且伴随着温度从100K至410K的反复升降,材料的半导体带隙在2.23eV(100 K)到2.49eV(410K)之间连续变化,表观上展现出明显、可逆的由黄到红的颜色转变。作为一种新的合成技术,利用DESs作为反应介质有以下优点:(1)制备简单:通常由有机卤化铵盐和酰胺、羧酸、多羟基物质等氢键供体通过混合而成;(2)模板剂和溶剂合二为一:有机胺的结构导向作用和DESs本身高离子性、高传质的特点,有助于新颖化合物的形成和结晶;(3)DESs较低的熔点有利于降低反应温度,稳定反应体系中的有机分子和无机介稳结构单元,有助于利用簇基前体作为反应原料,使合成更加精准。相关研究结果发表在《化学通讯》上(K.-Y. Wang et al.Chem. Commun.2018, DOI: 10.1039/c8cc01614c)。

王凯耀副研究员是天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院的青年教师,长期从事晶体硫属化物功能材料的制备、晶体结构和功能研究,在框架自组装策略、有机无机杂化材料的合成方法以及性能研究方面均有重要创新,以第一作者在Chem. Commun.、J. Mater. Chem. A、Chem. Eur. J.、Inorg. Chem.发表文章十余篇。由于在该研究领域所做的系统研究工作,应邀撰写和发表综述研究论文(Coord. Chem. Rev.2016,322, 41-68;Chem. Rec.,2016,16, 582-600)。

论文链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cc/c8cc01614c#!divAbstract

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