CN111233740B - 一种含吲哚三苯胺单元的电致变色材料及制备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电致变色材料领域，公开了一种含吲哚三苯胺单元的电致变色材料及制备与应用。所述含吲哚三苯胺单元的电致变色材料具有式(I)所示的结构。其制备方法为：将2,3,3‑三甲基‑3H‑吲哚溶于有机溶剂中，然后加入碱搅拌混合均匀，再加入4,4'‑(苯基氮杂二基)二苯甲醛搅拌反应，反应产物经分离纯化，得到含吲哚三苯胺单元的共轭化合物。本发明将吲哚三苯胺单元与芳香化合物一起引入共轭化合物结构中，使其电致变色性能得到改善。

Description

一种含吲哚三苯胺单元的电致变色材料及制备与应用
技术领域
本发明属于电致变色材料领域，具体涉及一种含吲哚三苯胺单元的电致变色材料及制备与应用。
背景技术
随着科技的发展，人类对于材料的要求也越来越高，其中电致变色材料作为一种新兴智能材料而受到公众的广泛关注。有机电致变色通常被定义为某些共轭有机化合物材料具有能够通过其氧化还原状态的改变而使自身发生可逆的颜色变化的独特性质。共轭有机化合物电致变色材料由于具有分子设计多样性、变色范围宽广和容易加工等特点，受到人们的重视。
目前，人们研究较多的导电聚合物高分子材料以聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等为主。含有氧化还原活性的三苯胺(TPA)单元在大多数有机溶剂中具有形态稳定性、高热稳定性和良好的溶解性。具有共轭结构的TPAs容易被氧化形成稳定的自由基阳离子，并伴随着氧化过程中的着色强烈变化，但相较于其他电致变色材料，循环寿命较短，颜色单一，在实际应用中受到了很大的制约。而小分子共轭化合物具有高度极化的电子体系，在有机发光二极管、染料和颜料的应用中发挥着重要作用，然而却很少被应用于电致变色领域。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物。
本发明的另一目的在于提供上述含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述含吲哚三苯胺单元的共轭化合物作为电致变色材料的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物，具有如下式(I)所示的结构：
Figure BDA0002430447210000021
上述含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的制备方法，包括如下步骤：
将2,3,3-三甲基-3H-吲哚溶于有机溶剂中，然后加入碱搅拌混合均匀，再加入4,4'-(苯基氮杂二基)二苯甲醛搅拌反应，反应产物经分离纯化，得到含吲哚三苯胺单元的共轭化合物，具体反应式如下：
Figure BDA0002430447210000022
优选地，所述碱为碳酸钾或氢化钠。
优选地，所述有机溶剂为四氢呋喃(THF)。
优选地，所述加入碱搅拌混合均匀在0℃下进行。
优选地，所述加入4,4'-(苯基氮杂二基)二苯甲醛搅拌反应在室温条件下进行，搅拌反应的时间为12～24h。
优选地，所述4,4'-(苯基氮杂二基)二苯甲醛与2,3,3-三甲基-3H-吲哚的物质的量之比为1:(2～2.2)。
优选地，所述4,4'-(苯基氮杂二基)二苯甲醛与碱的物质的量之比为1:(2～2.5)。
优选地，所述分离纯化步骤为：反应结束后将混合物冷却至室温，蒸发去除有机溶剂，固体产物经柱层析提纯，得到含吲哚三苯胺单元的共轭化合物。
优选地，所述柱层析提纯采用体积比为6:1的石油醚和乙酸乙酯为洗脱剂。
上述含吲哚三苯胺单元的共轭化合物作为电致变色材料的应用。
本发明含吲哚三苯胺单元的共轭化合物具有如下优点及有益效果：
本发明将吲哚三苯胺单元与芳香化合物一起引入共轭化合物结构中，使其电致变色性能得到改善。
附图说明
图1为本发明实施例1中所得含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的核磁共振氢谱图。
图2为本发明实施例1中所得含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的红外光谱图。
图3为本发明实施例1中所得含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的循环伏安图。
图4为本发明实施例1中所得含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的电致变色图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
2,3,3-三甲基-3H-吲哚(0.95g，6mmol)、碳酸钾(0.83g，6mmol)溶于100mL四氢呋喃(THF)中，搅拌均匀，0℃下，搅拌30分钟。30分钟后加入4,4'-(苯基氮杂二基)二苯甲醛(0.90g，3mmol)，将混合物在室温下搅拌反应14小时。反应结束后将混合物冷却并旋干溶剂四氢呋喃得到红棕色固体。以石油醚和乙酸乙酯体积比＝6:1为洗脱剂进行柱层析提纯得到黄色固体产物含吲哚三苯胺单元的共轭化合物。
图1为本实施例制备的含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的核磁共振氢谱图，从图可知1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.72–7.58(m,4H),7.50(t,4H),7.38–7.28(m,7H),7.25-7.07(m,9H),6.97(s,2H),1.45(m,12H)。
图2为本实施例制备的含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的红外光谱图，从图可知FT-IR(KBr,ν,cm-1)2956cm-1为饱和C-H伸缩振动吸收峰；2353cm-1为C-N中等强度的吸收峰；1498cm-1为芳香C骨架的吸收谱带。
通过图1和图2可以证明本发明制备的含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的结构式如下：
Figure BDA0002430447210000041
图3为本实施例制备的含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的循环伏安图，化合物的电化学性能是通过循环伏安法测试得到的，将共轭化合物溶于DMF中涂在ITO导电玻璃上(共轭化合物的面积约为1cm2)作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，铂丝作为对电极，0.2MTBAP/CH3CN作为电解质溶液，在涂有共轭化合物薄膜的ITO玻璃板上在施加循环可逆电压，共轭化合物的谱图如图3所示，可以观察到在1.35V处出现氧化峰，在和0.98V处出现了还原峰。
图4为本实施例制备的含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的电致变色图，通过紫外-可见光光谱对共轭化合物的薄膜进行测试研究，其中测试条件与循环伏安测试相同，0-1.6V。在初始状态下，涂覆在ITO上的共轭化合物薄膜呈现淡红色，在无电压施加的情况下，其最强吸收峰在334nm处，当施加电位以相同的电压间隔从0V增加到1.6V时，薄膜在537nm处出现新的吸收峰，共轭化合物的颜色由淡黄色变为深红色。
实施例2
2,3,3-三甲基-3H-吲哚(0.95g，6mmol)、氢化钠(0.13g，6mmol)溶于100mL四氢呋喃(THF)中，搅拌均匀，0℃下，搅拌30分钟。30分钟后加入4,4'-(苯基氮杂二基)二苯甲醛(0.90g，3mmol)，将混合物在室温下搅拌反应24小时。反应结束后将混合物冷却并旋干溶剂四氢呋喃得到红棕色固体。以石油醚和乙酸乙酯体积比＝6:1为洗脱剂进行提纯得到黄色固体产物含吲哚三苯胺单元的共轭化合物。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物，其特征在于所述含吲哚三苯胺单元的共轭化合物具有如下式(I)所示的结构：
Figure FDA0002430447200000011
2.权利要求1所述的一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将2,3,3-三甲基-3H-吲哚溶于有机溶剂中，然后加入碱搅拌混合均匀，再加入4,4'-(苯基氮杂二基)二苯甲醛搅拌反应，反应产物经分离纯化，得到含吲哚三苯胺单元的共轭化合物，具体反应式如下：
Figure FDA0002430447200000012
3.根据权利要求2所述的一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的制备方法，其特征在于：所述碱为碳酸钾或氢化钠，所述有机溶剂为四氢呋喃。
4.根据权利要求2所述的一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的制备方法，其特征在于：所述加入碱搅拌混合均匀在0℃温度下进行。
5.根据权利要求2所述的一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的制备方法，其特征在于：所述加入4,4'-(苯基氮杂二基)二苯甲醛搅拌反应在室温条件下进行，搅拌反应的时间为12～24h。
6.根据权利要求2所述的一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的制备方法，其特征在于：所述4,4'-(苯基氮杂二基)二苯甲醛与2,3,3-三甲基-3H-吲哚的物质的量之比为1:(2～2.2)。
7.根据权利要求2所述的一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的制备方法，其特征在于：所述4,4'-(苯基氮杂二基)二苯甲醛与碱的物质的量之比为1:(2～2.5)。
8.根据权利要求2所述的一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的制备方法，其特征在于所述分离纯化步骤为：反应结束后将混合物冷却至室温，蒸发去除有机溶剂，固体产物经柱层析提纯，得到含吲哚三苯胺单元的共轭化合物。
9.根据权利要求8所述的一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物的制备方法，其特征在于：所述柱层析提纯采用体积比为6:1的石油醚和乙酸乙酯为洗脱剂。
10.权利要求1所述的一种含吲哚三苯胺单元的共轭化合物作为电致变色材料的应用。
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