Adv. Funct. Mater.：光學特性的獨立手性介孔有機硅薄膜

【引言】

刺激響應型材料在可重寫光數據存儲、智能窗、光學鏡片和傳感器領域具有廣泛應用，這類智能型材料在外界刺激，如光、熱和電等，促使材料歷經一個可逆變化的過程。近年來，有機無機雜化多孔材料也由于其獨特的特點在光學和傳感器領域如“游魚得水”，應用廣泛。介孔硅具有高的比表面積、可調的孔徑大小和容易表面功能化的特點，因而常被用于制備有機無機雜化材料。

【成果簡介】

近日，由加拿大不列顛哥倫比亞大學的Mark J. MacLachlan (通訊作者)等人在Adv. Funct. Mater.上以題為“Photopatterning Freestanding Chiral Nematic Mesoporous Organosilica Films”發表了有關手性介孔硅薄膜材料的研究。文章以疏水性的硅烷和螺吡喃復合物制備得到了獨立的光致變色薄膜，該材料具有可逆的光學特性。當所制備的薄膜材料作為可逆的傳感器時，金屬離子結合螺吡喃后導致可見光發生變化，而該金屬又可經乙醇和白色光照移除，從而再生薄膜。由此可見，該材料在新型的光致變色顯示器、安全裝置和圖像成像具有較好的應用前景。

【圖文導讀】

圖1 薄膜材料的結構和形貌表征

(a) 有機硅薄膜的紫外可見光譜和圓二色譜，手性的乙烯介孔有機硅膜(Et-CNMO)、手性的丁(氯)二苯基硅烷-乙烯介孔有機硅膜(TBDS-Et-CNMO)、手性的丁(氯)二苯基硅烷/3 -氨丙基三甲氧基硅烷-乙烯介孔有機硅膜TBDS/ATMS-Et-CNMO和螺吡喃(SP)功能的乙烯介孔有機硅膜SP-Et-CNMP；

(b) 乙烯橋接和硅烷修飾的手性介孔有機膜的氮氣吸附數據；

(c) Et-CNMO的掃描電鏡圖；

(d) SP-Et-CNMO的掃描電鏡圖，表明有序的手性結構。

圖2 SP-Et-CNMO薄膜的紫外可見光譜

(a) SP-Et-CNMO薄膜在365 nm光照不同時間下在548 nm處的傳播；

(b) 經監測花菁(MC)在548 nm處的紫外吸收，重復循環固定在CNMO薄膜的SP光異構變化；

(c) SP-Et-CNMO薄膜的紫外可見光譜展現的光照引發的MC-Et-CNMO薄膜的松弛現象；

(d) 圖示說明獨立的介孔有機硅薄膜經UV和白色LED光照射引發的寫入和擦除特性本質。

圖3 紫外可見光譜表征SP-Et-CNMO薄膜的金屬離子結合特性

(a) 照射的MC薄膜結合Zn(II)離子，金屬離子可經白光和乙醇完全移除并恢復到初始的MC吸收狀態；

(b) MC將Sn(II)，Ni(II)，Cu(II)吸收進入薄膜，產生藍移現象；

(c) 獨立的CMNO薄膜在與金屬離子復合后表現出顏色的變化。

【小結】

本文通過不同功能化的手性介孔有機硅薄膜制備得到了獨立的光致變色薄膜。介孔有機硅本身具有介孔結構且孔之間相互連通，有助于螺吡喃和花菁化合物的相互轉化，進而應用于光致變色材料，實現可重復寫入的功能，另外該材料能夠可逆的結合金屬離子，并且能夠通過顏色變化進行識別。因而，該類新材料能夠應用于金屬離子的光學傳感器，并為可逆光轉化提供了思路。

文獻鏈接: Photopatterning Freestanding Chiral Nematic Mesoporous Organosilica Films (Adv. Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201703346)

本文由材料人編輯部高分子組點點編譯。材料牛編輯整理。

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