[发明专利]一种通过共价键键合的多功能网状杂化薄膜材料及其在电化学领域的应用

说明书

一种通过共价键键合的多功能网状杂化薄膜材料及其在电化学领域的应用，属于高分子复合材料技术领域。首先将异氰酸3‑(三乙氧硅基)丙酯，1,1‑丙氨基‑4,4‑联吡啶六氟磷酸盐紫精单体和水溶性碳点混合得到溶液，滴涂在亲水处理的氧化铟锡导电玻璃基底上，在真空烘箱30～50℃干燥成薄膜，随后通过循环伏安法在氯化钾电解液中发生水解交联而得到多功能网状杂化薄膜。薄膜中，紫精作为电活性基元，碳点作为荧光发射基元，使膜材料同时具备电致变色及电致化学发光的性质。另外，紫精在氧化还原过程中会吸收光致发光的碳点表面的能量，使碳点产生分级荧光猝灭的现象，从而使该材料展现出的电控荧光的特性。

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种新型的通过共价键键合的含有二氧化硅、碳点及紫精单体的多功能网状杂化薄膜材料及其在电致变色、电控荧光及电致化学发光等电化学领域中的应用。

背景技术

光学刺激响应类材料由于其在显示、传感以及信息存储等方面的应用成为近年来的研究热点。相对于光、pH、压力等刺激手段，电刺激具有快速响应性、可逆性及绿色环保等优点，电刺激光学响应材料具有巨大的潜在应用价值。电致变色类材料为电刺激响应材料的一种，具有在外加电场作用下发生稳定可逆的颜色变化的特性。近年来逐渐应用在智能窗、汽车自调后视镜、智能可穿戴设备等多个领域。

在电致变色研究过程中，研究者将具有光致发光的荧光团引入到材料中，使获得的材料还具备了电控荧光的特点，即材料的光致发光性质可以随着输入电信号的改变而发生相应变化的一种现象，是一类新型的通过电化学手段进行光学性质调控的新性能。目前，主要是在苯胺或三苯胺类电致变色聚合物中引入等荧光发射基团的方式，通过共聚合或后功能化的手段来构筑这类电控荧光聚合物材料。该类材料在光电信息转换、生物信息存储及化学传感等领域显示出广泛的应用前景。

电致化学发光是另外一种电刺激光学响应行为，结合化学发光和电化学的两者特点，通过对材料施加一定范围的电压，促使材料产生稳定可逆的荧光发射的现象。目前，已经有多种量子点存在这种现象，能够应用于生物检测分析，细胞成像等领域。

本发明鉴于紫精(1,1’-双取代基-4,4’-联吡盐)具有优异电致变色性能及较高电化学活性，碳点(碳量子点)具有较强的荧光性质及电致化学发光特性，将紫精作为电化学活性单元，碳点作为荧光单元，通过硅氧烷键合的方式，构筑一种新型的多功能网状杂化薄膜材料。该材料呈现三维网状交联结构，同时具有电致变色、电控荧光及电致化学发光三种电化学调控光学性质，在多个领域具有重要的应用价值。

发明内容

本发明提供了一种通过共价键键合的多功能网状杂化薄膜材料及其在电致变色(如附图4、5、6所示)、电控荧光(如附图7、8所示)和电致化学发光 (如图9所示)领域中的应用。

本发明所述的多功能网状杂化薄膜材料，其分子结构式如下所示(CDot为碳点)：

首先将异氰酸3-(三乙氧硅基)丙酯，1,1-丙氨基-4,4-联吡啶六氟磷酸盐(紫精单体)和水溶性碳点混合得到溶液，将溶液调配成适当浓度的溶液，通过滴涂的方式将其转移到经过亲水处理的氧化铟锡导电玻璃(ITO)基底上，在真空烘箱 30～50℃干燥成薄膜，随后通过循环伏安法在氯化钾电解液中发生水解交联而得到多功能网状杂化薄膜，最后对该薄膜试样进行电致变色，电控荧光和电致化学发光性能的测试。

本发明所涉及的有机无机杂化材料的制备，具体包括如下四个步骤：