本發(fā)明屬于有機(jī)半導(dǎo)體材料，具體涉及一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料及其合成和在制備電致變色器件中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近紅外電致變色材料（near-infrared?electrochromic?materials）是一類在受到電場作用時(shí)能夠改變其近紅外區(qū)域光吸收特性的材料，這類材料在可調(diào)節(jié)光和熱管理、智能窗戶、顯示器、傳感器等光電器件中具有重要應(yīng)用前景。常見的近紅外電致變色材料主要有四大類，包括：（1）氧化物材料：如氧化鎢、氧化釩等，其通常需要在高溫下制備，且由于其離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)較慢，施加電場后，需要較長的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定的變色狀態(tài)，因此限制了其應(yīng)用范圍；（2）金屬納米顆粒：如金納米顆粒、銀納米顆粒等，金屬納米顆粒具有優(yōu)異的電致變色性能，但其成本較高且穩(wěn)定性受限；（3）復(fù)合材料：是將有機(jī)材料和無機(jī)材料結(jié)合形成的一類具有優(yōu)異電致變色性能的材料，但是這類復(fù)合材料的制備過程較為復(fù)雜；（4）有機(jī)小分子和聚合物材料：如聚噻吩、聚苯胺等，其中，有機(jī)小分子由于具有可設(shè)計(jì)性，使得其在近紅外電致變色材料的應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的潛力。

2、異靛藍(lán)是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子，是著名染料靛藍(lán)的異構(gòu)體，其在電致變色材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。然而，異靛藍(lán)骨架本身存在不利于電致變色性能的因素，首先，異靛藍(lán)作為一個(gè)剛性較強(qiáng)的平面分子，在常規(guī)的溶劑中溶解性較差，限制了其加工性和應(yīng)用范圍，為了改善其溶解性，通常需要引入柔性鏈進(jìn)行修飾，增加溶解性；此外，異靛藍(lán)中兩個(gè)吲哚酮單元存在一定程度的二面角，這不利于電荷在分子間的傳輸，從而影響了其電致變色性能；因此，對(duì)傳統(tǒng)異靛藍(lán)骨架進(jìn)行修飾，設(shè)計(jì)合成一類新型的含有異靛藍(lán)骨架的近紅外電致變色材料具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)傳統(tǒng)的異靛藍(lán)材料因其結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致的溶解性差、電荷傳輸受限以及電致變色性能不佳，從而限制其在電致變色領(lǐng)域應(yīng)用的難題，本發(fā)明旨在于提供一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料及其合成和在制備電致變色器件中的應(yīng)用。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料，結(jié)構(gòu)式如下式1所示：

4、；

5、其中，r1選自甲基、乙基、氫原子和環(huán)丁基中的任意一種；r2選自芐基或乙基。

6、進(jìn)一步地，包括結(jié)構(gòu)式如下式式2～式5中所示的任意一項(xiàng)：

7、。

8、述的一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的合成方法，其特征在于，包括以下步驟：

9、（1）在惰性氣氛下，將化合物1與4-吡啶硼酸混合回流偶聯(lián)反應(yīng)，蒸餾水猝滅反應(yīng)，萃取，干燥，純化，得到中間化合物；

10、所述化合物1的結(jié)構(gòu)式為：，其中，r1選自甲基、乙基、氫原子和環(huán)丁基中的任意一種；

11、所述中間化合物的結(jié)構(gòu)式為：；其中，r1選自甲基、乙基、氫原子和環(huán)丁基中的任意一種；

12、（2）將中間化合物和過量的r2-br反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束，真空過濾分離沉淀物，洗滌，干燥，得到異靛藍(lán)基紫精類電活性材料，其中r2選自芐基或乙基。

13、所述化合物1由化合物2與6-溴吲哚-2-酮反應(yīng)得到，所述化合物2結(jié)構(gòu)式為，其中，r1選自甲基、乙基、氫原子和環(huán)丁基中的任意一種。

14、所述化合物2與6-溴吲哚-2-酮的摩爾比為1:1~1.5，所述反應(yīng)條件為110~130?℃，回流反應(yīng)8~10?h。

15、步驟（1）中，所述化合物1與4-吡啶硼酸的摩爾比為1:?2~4。

16、步驟（1）中，所述偶聯(lián)反應(yīng)的溫度為80?℃~120?℃，反應(yīng)時(shí)間為2?d~4?d；所述偶聯(lián)反應(yīng)采用的催化劑為四（三苯基膦）鈀、醋酸鈀和雙（三叔丁基膦）鈀中的任意一種。

17、進(jìn)一步地，所述偶聯(lián)反應(yīng)采用的催化劑為四（三苯基膦）鈀。

18、進(jìn)一步地，所述催化劑與化合物1的摩爾比為0.04~0.06:1。

19、進(jìn)一步地，所述偶聯(lián)反應(yīng)采用的反應(yīng)溶劑為體積比為15:2:1的甲苯，水和乙醇的混合溶劑。

20、步驟（1）中，所述純化采用的洗脫劑為二氯甲烷和乙酸乙酯按照體積比為1:1~3配制而成的混合溶劑。

21、進(jìn)一步地，所述純化采用的洗脫劑為二氯甲烷和乙酸乙酯按照體積比為1:2配制而成的混合溶劑。

22、步驟（2）中，所述反應(yīng)條件為80?℃~100?℃，反應(yīng)10?h～14?h。

23、上述異靛藍(lán)基紫精類電活性材料在制備電致變色器件中的應(yīng)用，所述電致變色器件以所述的異靛藍(lán)基紫精類電活性材料作為電致變色層。

24、進(jìn)一步地，所述一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的濃度為2.0×10-3mol/l～1×10-5mol/l。

25、更進(jìn)一步地，所述一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料采用的溶劑為0.1?mol/l～0.5mol/l的四丁基六氟膦酸銨的乙腈溶液。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

27、本發(fā)明提供的異靛藍(lán)基紫精類電活性材料，通過在異靛藍(lán)骨架中引入了柔性鏈修飾，不僅增加了異靛藍(lán)基紫精類電活性材料在溶劑中的溶解度，還提高了其加工性能，使得材料更易于制備成各種形狀和尺寸的器件，拓寬了應(yīng)用范圍；紫精類化合物具有優(yōu)良的氧化還原性能，與異靛藍(lán)結(jié)合后，形成的新型材料在電荷傳輸方面表現(xiàn)出色，異靛藍(lán)分子內(nèi)氫鍵的存在有利于骨架共面，進(jìn)一步促進(jìn)了電荷的傳輸，使得材料在電致變色過程中響應(yīng)更快、效率更高；由于異靛藍(lán)具有兩個(gè)內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)，是一個(gè)優(yōu)秀的電子接受體，與紫精類化合物結(jié)合后，形成的異靛藍(lán)基紫精類電活性材料在氧化還原過程中能夠產(chǎn)生顯著的顏色變化，通過調(diào)整分子結(jié)構(gòu)和取代基，可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)其電致變色性能，以滿足不同應(yīng)用場景的需求；該異靛藍(lán)基紫精類電活性材料在近紅外波段表現(xiàn)出優(yōu)異的電致變色性能，為近紅外電致變色器件的開發(fā)提供了新的思路和方法。可見，本發(fā)明提供的異靛藍(lán)基紫精類電活性材料在溶解性、電荷傳輸性能、電致變色性能以及近紅外電致變色性能等方面均表現(xiàn)出色，在智能窗、低能耗顯示器、汽車后視鏡、軍事偽裝等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

28、本發(fā)明提供的異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的合成方法，操作簡便，適合規(guī)模化生產(chǎn)。該合成方法通過結(jié)構(gòu)修飾、分子設(shè)計(jì)、功能基團(tuán)引入以及合成方法優(yōu)化等多方面的策略，成功克服了異靛藍(lán)骨架本身存在的不利因素，實(shí)現(xiàn)了溶解性、電荷傳輸性能、電致變色性能以及近紅外電致變色性能的綜合提升。

29、本發(fā)明提供的異靛藍(lán)基紫精類電活性材料在制備電致變色器件中的應(yīng)用，異靛藍(lán)基紫精類電活性材料作為電致變色器件的變色層，展現(xiàn)出了明顯的顏色變化、近紅外區(qū)域吸收增強(qiáng)、適中的著色和褪色時(shí)間、高透過率以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)勢，使得該異靛藍(lán)基紫精類電活性材料在電致變色器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值，為智能窗、軍事偽裝、智能建筑遮陽系統(tǒng)等領(lǐng)域提供了新的解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料，其特征在于，結(jié)構(gòu)式如下式1所示：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料，其特征在于，包括結(jié)構(gòu)式如下式式2～式5中所示的任意一項(xiàng)：

3.權(quán)利要求1~2中任意一項(xiàng)所述的一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的合成方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的合成方法，其特征在于，所述化合物1由化合物2與6-溴吲哚-2-酮反應(yīng)得到，所述化合物2結(jié)構(gòu)式為，其中，r1選自甲基、乙基、氫原子和環(huán)丁基中的任意一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的合成方法，其特征在于，所述化合物2與6-溴吲哚-2-酮的摩爾比為1:1~1.5，所述反應(yīng)條件為110~130?℃，回流反應(yīng)8~10?h。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的合成方法，其特征在于，步驟（1）中，所述化合物1與4-吡啶硼酸的摩爾比為1:?2~4。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的合成方法，其特征在于，步驟（1）中，所述偶聯(lián)反應(yīng)的溫度為80?℃~120?℃，反應(yīng)時(shí)間為2?d~4?d；所述偶聯(lián)反應(yīng)采用的催化劑為四（三苯基膦）鈀、醋酸鈀和雙（三叔丁基膦）鈀中的任意一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的合成方法，其特征在于，步驟（1）中，所述純化采用的洗脫劑為二氯甲烷和乙酸乙酯按照體積比為1:1~3配制而成的混合溶劑。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的合成方法，其特征在于，步驟（2）中，所述反應(yīng)條件為80?℃~100?℃，反應(yīng)10?h～14?h。

10.權(quán)利要求1~2中任意一項(xiàng)所述的一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料在制備電致變色器件中的應(yīng)用，其特征在于，所述電致變色器件以所述的異靛藍(lán)基紫精類電活性材料作為電致變色層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種異靛藍(lán)基紫精類電活性材料及其合成和應(yīng)用，屬于有機(jī)半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案為：通過修飾異靛藍(lán)骨架并引入柔性鏈，有效提升了異靛藍(lán)基紫精類電活性材料的溶解性和電荷傳輸性能，解決了傳統(tǒng)異靛藍(lán)分子溶解性差和二面角不利于電荷傳輸?shù)膯栴}；該異靛藍(lán)基紫精類電活性材料結(jié)合了紫精類化合物的氧化還原性能和異靛藍(lán)的電荷傳輸優(yōu)勢，表現(xiàn)出快速的電致變色響應(yīng)和高效率；該異靛藍(lán)基紫精類電活性材料在可見和近紅外波段表現(xiàn)出優(yōu)異的電致變色性能，為相關(guān)器件開發(fā)提供了新思路；將其應(yīng)用于制備電致變色器件，展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，具有廣泛的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：劉全,王文權(quán),趙堃,趙可心,康承義,邵先釗,徐海濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24