基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸及制备方法技术

本发明专利技术提供基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸及制备方法，所述方法包括步骤1，将镧系金属氯化物和均苯三甲酸溶解在N，N

【技术实现步骤摘要】
基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸及制备方法


[0001]本专利技术属于植物纤维素资源化学及应用材料领域，具体为基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸及制备方法。

技术介绍

[0002]光致变色被定义为一个分子在两种构型之间的可逆转变，这将导致其吸收光谱的变化。根据分子的性质，光引发的结构变化可能会导致E/Z异构化(例如偶氮苯)或开环/闭环反应(如二芳基乙烯/螺吡喃)。在不同类型的光响应分子中，螺吡喃类化合物由两个由四面体螺环碳连接的π系统组成。众所周知，它们与它们的两种亚稳的汞菁形式处于平衡状态。在紫外光照射下，稳定的、封闭的、非极性的螺吡喃形式转变为开放的、极性的汞环菁形式，螺吡喃形式可简写为SP形式，汞环菁形式可简写为MC形式，它们以电荷分离的两性离子存在。紫外线照射导致SP形式中的C
Spiro-O键断裂并形成更大的π-共轭体系，而环的重合是通过可见光或热来实现的，这使得螺吡喃类化合物具有T型发色团。由于空间结构的限制，纯晶体中的旋涡晶体或晶体的转换受到阻碍。因此，螺吡喃类化合物的光致变色行为主要在溶液中进行。螺吡喃类染料在溶液中的交换行为时，必须考虑溶剂变色性和聚集性这两个方面。在固体状态下，螺吡喃类化合物在多孔基质和聚合物中以薄膜形式沉积时也会产生类似的效果。在这种情况下，通过将单个分子彼此分离来实现必要的空间自由度。金属有机框架是理想且用途非常广泛的宿主基质。
[0003]金属有机框架(英文全称为Metal Organic Frameworks，简写为MOFs)是一类很有吸引力的材料。它们是以无机金属为节点，结合有机配体通过自组装配位而成的一类有周期性网络结构的多孔材料。它们的混合性质和高度开放的结构使其成为当今研究最多的结构化固体之一。研究发现，基于镧系金属优异的发光性能，通过与有机配体配位产生具有潜在孔隙的镧系金属有机框架，配体的天线效应将能量传递给稀土金属离子而发射较强荧光。选择性吸附客体分子等应用中，优化MOFs性能的一种新兴方法是利用光来根据需要改变其性质。事实上，光是一种非常容易接近和容易的方法调节刺激和提供MOFs的光诱导反应，可以为许多应用提供先进的材料。例如，如果MOFs的吸附容量可以通过简单的光照的可逆结构变化来随意增加和减少，则存储和释放循环所需的程序将比传统的高温和低压条件便宜。具有两个可相互转换的孔结构对催化也很有吸引力，例如，通过用光刺激来控制一种或另一种试剂的选择性入口，可完全控制嵌段共聚。
[0004]随着人们对环境问题的日益关注和化石资源的过度开发，环保材料越来越受到人们的关注。因此，用生物可降解材料代替传统的石油基材料是十分必要的。纤维素是一种普遍存在的天然聚合物，具有良好的生物降解性、相容性和可再生性。纤维素纳米纤维(简写为CNF)是由纤维素纤维通过使用高压流化器、高压均质器或超级研磨机进行机械分解而产生的。CNF基纳米纸是一种可再生的建筑材料，其具有独特的性能，如低的热膨胀系数、优异的光学透明性和高机械强度。功能化CNF基纳米纸作为理想的平台已经引起了越来越多的兴趣，并有可能取代传统的塑料基底，用发光材料改性的CNF基纳米纸显示出很强的荧光特
性，可应用于分离器、柔性显示器、晶体管、化学和生物传感器以及导电电极。因此利用金属有机框架来制备一种纤维素纳米纤维基光致变色荧光纳米纸变得越来越重要，但目前还有相关报道。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸及制备方法，得到的光致变色荧光纳米纸具备优良的发光特性、力学性能和生物相容性。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1，按1:1的摩尔比，将镧系金属氯化物和均苯三甲酸溶解在N，N-二甲基甲酰胺和去离子水的混合液中，得到混合体系A，将混合体系A在80-120℃下进行水热处理，得到反应液，之后将反应液冷却至室温，再分离其中的沉淀后干燥，得到镧系金属有机框架；
[0009]步骤2，将镧系金属有机框架在甲醇中活化后与1-(2-羟乙基)3，3-二甲基吲哚-6硝基苯并螺吡喃以2:1的质量比在氮气气氛下研磨30-60min，得到复合物；
[0010]步骤3，将复合物分散在乙醇中形成质量分数为30％-40％的分散液，在分散液中加入纤维素纳米纤维分散液，复合物与纤维素纳米纤维的质量比为1:1，得到混合体系B，将混合体系B过滤后进行压平处理后干燥，得到基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸。
[0011]优选的，步骤1中所述的镧系金属氯化物为EuCl3·
6H2O、TbCl3·
6H2O，或EuCl3·
6H2O和TbCl3·
6H2O的混合物。
[0012]优选的，步骤1中均苯三甲酸、N，N-二甲基甲酰胺和去离子水的比例为0.1mmol：(10-15)ml：(5-10)ml。
[0013]优选的，步骤1中混合体系A在所述温度下水热处理12-24h得到反应液。
[0014]优选的，步骤1中所述的反应液以5-10℃/h的速率冷却至室温。
[0015]优选的，步骤2将每60mg的镧系金属有机框架浸入在30ml甲醇中，每6-10小时更换1次甲醇，总共更换3-5次甲醇，对镧系金属有机框架进行活化。
[0016]进一步，镧系金属有机框架浸泡完甲醇后，将处理后的镧系金属有机框离心处理，之后用5-10ml的去离子水洗涤6-10次，最后过滤后真空干燥，得到的产物与1-(2-羟乙基)3，3-二甲基吲哚-6硝基苯并螺吡喃研磨。
[0017]优选的，步骤3中所述的纤维素纳米纤维分散液经质量分数为3％-6％的纤维素悬浮液在60-80MPa的高压下均化10-20次后得到。
[0018]优选的，步骤3将混合体系B进行真空过滤，之后将得到的纳米纸压在光滑的两个玻璃板之间，随后在环境大气中自然干燥，得到基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸。
[0019]一种由上述任意一项所述的基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸的制备方法得到的基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0021]本专利技术基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸的制备方法，先利用镧系金
属稀土元素与有机配体均苯三甲酸在N,N-二甲基甲酰胺和去离子水的混合溶剂中，通过水热反应自组装配位作用形成镧系金属有机框架，之后利用活化后的镧系金属有机框架、螺吡喃类光致变色客体小分子和纤维素纳米纤维之间的氢键作用以及纳米纤维素和镧系金属有机骨架之间的物理掺杂作用，形成了均一结构且稳定的纤维素纳米纤维/镧系金属有机骨架/螺吡喃类化合物复合光致变色荧光纳米纸，即基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸。本专利技术所采用的原料纤维素无毒，无污染，来源广泛，绿色环保，易于改性，生物相容性好，可再生；采用的镧系金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，按1:1的摩尔比，将镧系金属氯化物和均苯三甲酸溶解在N，N-二甲基甲酰胺和去离子水的混合液中，得到混合体系A，将混合体系A在80-120℃下进行水热处理，得到反应液，之后将反应液冷却至室温，再分离其中的沉淀后干燥，得到镧系金属有机框架；步骤2，将镧系金属有机框架在甲醇中活化后与1-(2-羟乙基)3，3-二甲基吲哚-6硝基苯并螺吡喃以2:1的质量比在氮气气氛下研磨30-60min，得到复合物；步骤3，将复合物分散在乙醇中形成质量分数为30％-40％的分散液，在分散液中加入纤维素纳米纤维分散液，复合物与纤维素纳米纤维的质量比为1:1，得到混合体系B，将混合体系B过滤后进行压平处理后干燥，得到基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸。2.根据权利要求1所述的基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的镧系金属氯化物为EuCl3·
6H2O、TbCl3·
6H2O，或EuCl3·
6H2O和TbCl3·
6H2O的混合物。3.根据权利要求1所述的基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸的制备方法，其特征在于，步骤1中均苯三甲酸、N，N-二甲基甲酰胺和去离子水的比例为0.1mmol：(10-15)ml：(5-10)ml。4.根据权利要求1所述的基于镧系金属有机框架的光致变色荧光纳米纸的制备方法，其特征在于，步骤1中混合体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张召，李新平，康榭娜，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：