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光響應聚離子液體—來回切換、隨心而然
發布時間:2020-09-03     作者:harry   分享到:

說到聚離子液體,大家應該能想到這幾個詞:電解質、吸附、柔性材料。確實,作為電解質,聚離子液體常常有著較高的穩定性,同時機械耐久性好。

近日,美國加州大學圣芭芭拉分校的研究者設計了一種對光產生響應的聚離子液體,通過紫外光與可見光的照射,該聚離子液體能夠在開環和閉環兩種異構體間可逆轉換,并且**改變聚離子液體的電導率。

在聚離子液體設計上,研究者根據已有的文獻(J. Am. Chem. Soc.2009, 131, 912-913),將目光放在了一類以咪唑作為橋連單位的二芳基烯DAEs身上,光致變色的DAEs可在開環(DAE-O)和閉環(DAE-C)兩種同分異構體之間進行轉換,無論其處于溶液狀態還是固體狀態。在這種光誘導的重排中,DAE分子的共軛體系會發生改變,從而影響咪唑環的性質。帶有咪唑環的光致變色二芳烯已在不同領域得到應用,如可光響應的有機催化劑、化學傳感器,同時也是一種新型的路易斯酸。



研究者研究了該材料在不同光照下的離子電導率,發現在紫外光照射后的材料離子電導率**下降。那么,這種變化與PILs分子結構中發生的變化有何關聯呢?研究者通過核磁與紫外-可見光譜做出了它們的解釋。



從碳譜和氫譜中我們可以看到,在咪唑環關鍵性的C2位上,碳譜和氫譜發生了**變化,紫外照射后,C2產生了從136.6150.6 ppm的位移,而C2位的氫則發生了從8.78.2 ppm的位移(在DAE-OC2H能受到更強的**磁場),這意味著整個DAE部分共軛體系的改變,即DAE-O整個體系共軛,咪唑環的電子離域,而DAE-C中咪唑環上電荷不參與二芳基烯部分的共軛,從而,正電荷集中在C2附近,與陰離子具有更強的相互作用。此外,研究者通過19F-1H交叉極化角旋轉(CPMAS)質子核磁共振證明陰離子BF4-(也是電荷載體)在空間位置上與C2位很接近,由此解釋了該材料在光照前后離子電導率的變化。同時作者也說明了無法排除兩種異構體導致聚合物鏈取向等因素造成離子電導率變化的可能性。(關于紫外部分的定量表征在此不展開)



總之,該文中的材料在不同光照下發生光異構化反應,導致離子電導率的**改變,降幅可達70%,同時,隨光照時間的不同,該材料的離子電導率是連續可調的,這無疑展示出了其廣闊的應用前景。

這種新型光響應的PEO-stat-PAGE-DAE-BF4系統將為PIL材料帶來新的機遇和研究方向,在智能電路和可穿戴光電探測器方面具有巨大的潛力。光電調節步驟的非侵入性,避免使用任何額外的化學物質來調節離子電導率,為未來的力學研究提供了一個獨特的處理方法。


原文鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912921

原文作者:

Hui Nie, Nicole S. Schauser, Neil D. Dolinski, Jerry Hu, Craig J. Hawker, Rachel A. Segalman, Javier Read de Alaniz

DOI: 10.1002/anie.201912921



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