Adv. Funct. Mater.：光学特性的独立手性介孔有机硅薄膜

【引言】

刺激响应型材料在可重写光数据存储、智能窗、光学镜片和传感器领域具有广泛应用，这类智能型材料在外界刺激，如光、热和电等，促使材料历经一个可逆变化的过程。近年来，有机无机杂化多孔材料也由于其独特的特点在光学和传感器领域如“游鱼得水”，应用广泛。介孔硅具有高的比表面积、可调的孔径大小和容易表面功能化的特点，因而常被用于制备有机无机杂化材料。

【成果简介】

近日，由加拿大不列颠哥伦比亚大学的Mark J. MacLachlan (通讯作者)等人在Adv. Funct. Mater.上以题为“Photopatterning Freestanding Chiral Nematic Mesoporous Organosilica Films”发表了有关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复合物制备得到了独立的光致变色薄膜，该材料具有可逆的光学特性。当所制备的薄膜材料作为可逆的传感器时，金属离子结合螺吡喃后导致可见光发生变化，而该金属又可经乙醇和白色光照移除，从而再生薄膜。由此可见，该材料在新型的光致变色显示器、安全装置和图像成像具有较好的应用前景。

【图文导读】

图1 薄膜材料的结构和形貌表征

(a) 有机硅薄膜的紫外可见光谱和圆二色谱，手性的乙烯介孔有机硅膜(Et-CNMO)、手性的丁(氯)二苯基硅烷-乙烯介孔有机硅膜(TBDS-Et-CNMO)、手性的丁(氯)二苯基硅烷/3 -氨丙基三甲氧基硅烷-乙烯介孔有机硅膜TBDS/ATMS-Et-CNMO和螺吡喃(SP)功能的乙烯介孔有机硅膜SP-Et-CNMP；

(b) 乙烯桥接和硅烷修饰的手性介孔有机膜的氮气吸附数据；

(c) Et-CNMO的扫描电镜图；

(d) SP-Et-CNMO的扫描电镜图，表明有序的手性结构。

图2 SP-Et-CNMO薄膜的紫外可见光谱

(a) SP-Et-CNMO薄膜在365 nm光照不同时间下在548 nm处的传播；

(b) 经监测花菁(MC)在548 nm处的紫外吸收，重复循环固定在CNMO薄膜的SP光异构变化；

(c) SP-Et-CNMO薄膜的紫外可见光谱展现的光照引发的MC-Et-CNMO薄膜的松弛现象；

(d) 图示说明独立的介孔有机硅薄膜经UV和白色LED光照射引发的写入和擦除特性本质。

图3 紫外可见光谱表征SP-Et-CNMO薄膜的金属离子结合特性

(a) 照射的MC薄膜结合Zn(II)离子，金属离子可经白光和乙醇完全移除并恢复到初始的MC吸收状态；

(b) MC将Sn(II)，Ni(II)，Cu(II)吸收进入薄膜，产生蓝移现象；

(c) 独立的CMNO薄膜在与金属离子复合后表现出颜色的变化。

【小结】

本文通过不同功能化的手性介孔有机硅薄膜制备得到了独立的光致变色薄膜。介孔有机硅本身具有介孔结构且孔之间相互连通，有助于螺吡喃和花菁化合物的相互转化，进而应用于光致变色材料，实现可重复写入的功能，另外该材料能够可逆的结合金属离子，并且能够通过颜色变化进行识别。因而，该类新材料能够应用于金属离子的光学传感器，并为可逆光转化提供了思路。

文献链接: Photopatterning Freestanding Chiral Nematic Mesoporous Organosilica Films (Adv. Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201703346)

本文由材料人编辑部高分子组点点编译。材料牛编辑整理。

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