[發明專利]基于卟啉MOF的電致變色薄膜材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210335885.5
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN115079480A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 陶呈安;李玉姣;劉淯陽;趙世印;王建方;鄒曉蓉;黃堅;王芳;劉卓靚;陽緒衡
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G02F1/1514
• 分類號: G02F1/1514
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 黃麗

本發明公開了一種基于卟啉MOF的電致變色薄膜材料及制備方法，該電致變色薄膜材料包括導電基片及覆著于導電基片上的卟啉MOF膜，卟啉MOF膜由楊桃形結構的MOF顆粒維積而成，楊桃形結構的MOF顆粒由多個二維金屬有機骨架納米片層構成。制備方法包括將金屬鹽、卟啉配體、酸性調節劑、水和有機溶劑混合并溶解，加入預處理后的導電基片進行溶劑熱反應，反應后取出導電基片，洗滌和干燥，即得產物。本發明的基于卟啉MOF的電致變色薄膜材料由楊桃狀MOF顆粒堆積而成，具有豐富的堆積孔隙，有利于電解質在MOF顆粒之間快速擴散和傳輸，從而順利到達薄膜的深處，本發明的制備方法簡單方便，負載率高，易于擴大生產。

技術領域

本發明屬于電致變色材料領域，涉及一種金屬有機骨架電致變色薄膜材料及其制備方法，尤其涉及一種基于卟啉MOF的電致變色薄膜材料及其制備方法。

背景技術

電致變色材料是指在外加電場或電流的作用下發生穩定、可逆的氧化還原反應、光學性能(吸收率、反射率、透過率、顏色等)發生可逆變化的材料。它是電致變色器件的關鍵組件，在智能窗、下一代顯示器、可穿戴電子器件、防眩光后視鏡等方面有重要的潛在應用。電致變色材料可分為有機和無機電致變色材料兩大類。無機電致變色材料主要有氧化鎢、五氧化二釩、四氧化三鈷和氧化鎳等過渡金屬氧化物，一般具有良好的環境穩定性和光學記憶性等優點，但是存在變色電壓高、顏色單一和響應時間長等問題。有機電致變色材料主要有紫羅精類、金屬鈦菁類化合物以及共軛導電聚合物等，它們具有透過率窗口大、多色彩以及變色速度快等優點，但存在與基底接觸不牢固、循環穩定性差和難于加工等問題。因此，單一的無機或有機電致變色材料已經難以滿足多樣化、智能化的應用需求。此外，傳統的電致變色材料通常制備為致密的薄膜，在這些傳統的工作模式中，電致變色材料與電解質接觸面積小，擴散距離長，離子傳輸效率低，嚴重限制了電致變色性能的發揮。

金屬有機骨架(MOF，也作MOFs)材料是近年來的快速發展的一類多孔性的有機無機雜化材料，與一般的無機材料和有機材料相比，MOF同時具有無機材料的良好的穩定性和有機材料的結構可設計性。2013年，Dincǎ等首次報道了Zn(NDI-X)MOFs在電場下具有電致變色現象，此后MOF的電致變色性能逐漸受到人們的關注。MOF所固有的有序的孔道結構，有利于電解質離子直接進入并接觸MOF上的氧化還原活性位點，從而提高電致變色過程離子的遷移效率。然而，通過申請人的實驗和計算數據發現，大多數MOF的微孔結構使得較大尺寸的電解質離子(比如叔丁基銨等有機離子)很難進入內部孔，內部氧化還原活性位點無法發揮作用，離子遷移仍然受到限制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，特別針對現有電致變色材料中與電解質接觸面積小，擴散距離長，離子傳輸效率低等問題，提出一種由楊桃狀MOFs顆粒堆積而成、具有豐富的堆積孔隙、可快速擴散和傳輸電解質離子的基于卟啉MOF的電致變色薄膜材料及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案。

一種基于卟啉MOF的電致變色薄膜材料，所述基于卟啉MOF的電致變色薄膜材料包括導電基片及覆著于導電基片上的卟啉MOF膜，所述卟啉MOF膜由楊桃形結構的MOF顆粒維積而成，所述楊桃形結構的MOF顆粒由多個二維金屬有機骨架納米片層構成。

上述的基于卟啉MOF的電致變色薄膜材料，優選的，所述導電基片包括覆有導電層的玻璃、有機柔性薄膜和硅片中的一種或多種。

上述的基于卟啉MOF的電致變色薄膜材料，優選的，所述導電層為金屬、氧化銦錫(ITO)和摻雜氟的SnO₂(FTO)中的一種或多種。

作為一個總的技術構思，本發明還公開了一種基于卟啉MOF的電致變色薄膜材料的制備方法，包括以下步驟：