[发明专利]一种气致变色的稀土配合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有气致变色现象的稀土配合物及其制备方法和器件的设计，具体地说是一种对于甲醇和乙腈蒸汽敏感的发光稀土配合物的制备及基于此配合物的气致变色开关和逻辑门器件的设计方法。

背景技术

近年来，气致变色材料因为在分子识别和化学传感器等方面的应用而备受关注。其中，基于金属-有机配合物的气致变色材料因具有化学修饰性强、响应范围广、速度快、热稳定性好等特点，因而在该领域的设计和应用中开辟了一片崭新的天地。但到目前为止，基于金属有机配合物气致变色的例子基本限于Pd、Pt、Ir、Au等过渡金属特别是贵金属的配合物，其发光亮度与单色性、响应效率、稳定性、以及配合物的制备复杂程度等都低于实际应用所需要的性能参数。并且，由于多数用于制备气致变色材料的金属比较稀缺，进一步制约了该类材料的生产和推广。现有的技术远远不能满足市场对气致变色材料的需求。因此，开发适于大量生产的优质发光性能气致变色材料，具有重要的现实意义和经济价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有气致变色金属有机配合物的不足，提供一种原料来源广泛、发光纯度高、灵敏稳定的具有气致变色现象的材料。

本发明的另一个目的是提供该种材料的制备方法。

本发明的再一个目的是提供该材料的应用。

本发明通过下述技术方案实现上述目的：

提供一种新型的气致变色材料——稀土配合物，其特征在于由稀土及配体MeNTB构成，配体MeNTB为三脚架型，结构式为：

上述三脚架配体MeNTB(N-substituted tris(N-alkylbenzimidazol-2-ylmethyl)amine)可以有效的利用三脚挂臂上苯并咪唑基团和中心的配位N原子将稀土离子包裹在内，形成优良的稀土发光配位环境。

上述稀土配合物的制备方法是利用摩尔比为1∶2的稀土盐与MeNTB配体配位反应，得到气致变色的稀土配合物。具体来说包括以下步骤：将稀土盐和配体MeNTB分别溶解于溶剂中，得到摩尔浓度为0.008～0.01mol/l的稀土盐溶液和摩尔浓度为0.016～0.02mol/l的MeNTB溶液；按照稀土盐与MeNTB的摩尔比为1∶2的比例混合上述两种溶液，放置1～2天，将浅黄色微晶产物过滤得到目标配合物。其中稀土盐溶液和MeNTB溶液是由稀土盐或MeNTB溶解于有机溶剂中获得；所采用的有机溶剂可以为甲醇、乙醇或乙腈等。

该稀土配合物可以通过环境中有机蒸汽的存在与否，可逆或不可逆地控制稀土配合物的发光。通过甲醇蒸汽可逆地控制稀土配合物的发光；或通过乙腈蒸汽不可逆地控制稀土配合物的发光。将稀土配合物暴露于甲醇蒸汽中，通过调节甲醇蒸汽浓度的调控稀土配合物的荧光强度；或将稀土配合物暴露于乙腈蒸汽中，通过乙腈蒸汽浓度的增加而增强稀土配合物的荧光强度。

该配合物对于甲醇蒸汽的荧光增强是可逆的，即去除甲醇蒸汽并用氮气吹扫后，荧光强度回复到初始状态，继续通入甲醇后，荧光又增强，此过程可循环往复。但对于乙腈的荧光增强不能可逆。

该稀土配合物可以在气致变色开关或逻辑门器件中加以应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的稀土配合物采用稀土作为原料之一替代惯用的金属，稀土配合物克服了金属有机配合物发光亮度、响应效率和稳定性不足的问题；并且，由于我国为稀土大国的有利资源，以稀土作为原材料这在我国的自然资源条件下具有显著的优势，为新型气致变色材料的制备开拓了一条新的途径。

(2)本发明提供的稀土配合物在370nm紫外光的激发下，发出Eu(III)离子的特征红色线状发射，发光色纯度高，特征明显；对于甲醇和乙腈的蒸汽敏感气致变色现象，信号强度、速度、稳定性和重现性都很高；此外，还可以通过对配体的修饰和金属的选择来进一步改善响应强度、响应范围和响应时间，有望成为一种获得气致变色的新型优异材料。利用开发具有气致变色现象的稀土配合物材料并将其应用于器件将具有更大的潜力和价值。

(3)本发明所提供的制备稀土配合物的方法简便，产率高而稳定，克服了现有气致变色金属有机配合物生产工艺复杂的问题，使得该新型气致变色材料的生产和推广应用具有更为广阔的前景。

(4)利用本发明提供的气致变色稀土配合物可以很方便地设计出气致变色开关和逻辑门器件，不需要复杂的仪器设备，节省了能源，制备出的器件响应性好，重现度高。

附图说明

图1本发明实施例中所得配合物的晶体结构图。

图2本发明实施例中所得配合物的荧光谱图。