[发明专利]多钨酸与水滑石复合光致变色超薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机复合光致变色材料技术领域，特别是提供了一种多钨酸与水滑石复合光致变色超薄膜及其制备方法。

背景技术

在外界激发源的作用下，一种物质或一个体系发生颜色明显变化的现象称为变色性。光致变色是指一种化合物A受到一定波长的光照射时，可发生光化学反应得到产物B，A和B的颜色（即对光的吸收）明显不同。B在另外一束光的照射下或经加热又可恢复到原来的形式A。光致变色是一种可逆的化学反应，这是一个重要的判断标准。在光作用下发生的不可逆反应，也可导致颜色的变化，只属于一般的光化学范畴，而不属于光致变色范畴。

光致变色的材料早在1867年就有所报道，但直至1956年Hirshberg提出光致变色材料应用于光记录存储的可能性之后，才引起了广泛的注意。光致变色现象指的是化合物在受光照射后，其吸收光谱发生改变的可逆过程，具有这种性质的物质称为光致变色材料或光致变色色素。人们最熟知的就是通常感光照相使用的卤化银体系，分散在玻璃或胶片中的银微晶在紫外光照下成黑色，但在黑暗下加热又逆转，变成无色状态。目前，对光致变色的研究大都集中在二芳基乙烯、俘精酸酐、螺吡喃、螺嗪、偶氮类以及相关的杂环化合物上，同时也在继续探索和发现新的光致变色体系。研究光致变色材料最多的国家是美国、日本、法国等，日本在民用行业上开发比较早。

多酸的固体和材料化学是多酸化学的一个新兴领域和重要的发展方向,已经显示出广阔的应用前景，如Keggin型的钨磷酸、钼磷酸具有良好的质子导电性，已被制成质子导电膜，在固体修饰电极、电致变色材料及离子选择性电极方面也已得到实际应用；在各类多酸中，由于十聚钨酸阴离子W₁₀O₃₂^4-具有光致变色、催化性质，对它的研究令人瞩目。十聚钨酸盐是一类新型的同多酸盐，关于有机铵的十聚钨酸盐的光致变色性质的研究较多，文献上曾指出，光致变色性质是由于光照下十聚钨酸根(W₁₀O₃₂^4-)与体系中所含活泼氧相互作用，使六价钨还原为五价钨所引起。但W₁₀O₃₂^4-在水溶液中不稳定，易转化为多种阴离子的平衡混合物，稳定性差，而且变色效率、可逆性等性质也不太理想，固态形式仅限于它的盐类(主要是有机胺盐)。因此，解决以上光致变色材料应用中存在的问题，制备变色效率高、寿命长、稳定性好的光致变色薄膜已成为目前光致变色材料领域亟待解决的问题。

层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides,简写为LDHs，又称水滑石）是一类典型的阴离子型层状材料，二价和三价金属离子的氢氧化物相互间高度分散并以共价键构成主体层板，层间阴离子有序排布，以静电力平衡主体层板电荷，两者有序排列而形成三维晶体。LDHs主体层板内的二价及三价金属离子的种类、比例和分布以及插层分子均可以人为调控，因此其设计合成及组装具有多样性。利用LDHs的层状结构和主体层板带电特征可使其实现多种功能性复合薄膜的制备。

将带有正电荷的多钨酸和高聚物与层状材料水滑石纳米片进行层层交替组装，形成无机复合超薄膜，有利于多酸光致变色分子在层间产生定位效应，从而实现光致变色分子间距离的微观可控，使其在层间均匀分散，有效抑制了多钨酸根离子的聚合。加入的高聚物（如聚乙烯醇PVA），其包裹作用还有利于加强多钨酸根离子的稳定性，有望解决多钨酸的稳定性、可逆性差等实际应用问题。在各类多酸中，由于十聚钨酸阴离子具有光致变色、催化等性质，对它的研究令人瞩目。然而将十聚钨酸与PVA的复合物与水滑石进行组装形成超薄膜的研究至今还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多钨酸与水滑石复合光致变色超薄膜及其制备方法。本发明不仅提高了光致变色超薄膜的光热稳定性，增强了变色的可逆性，而且将水滑石作为一种新型材料应用于与多酸光致变色复合物的组装，为多钨酸光致变色在分子尺度上的均匀分散和高度有序提供解决方案。

本发明的技术方案：制备用甲酰胺溶剂剥离的水滑石胶体溶液；配制多钨酸-高聚物复合溶液；用处理后带正电荷的基底在两种溶液中进行交替组装后得到多钨酸与水滑石复合光致变色超薄膜。