光致变色和电致变色化合物制造技术

提供了一种式1的新型萘二酰亚胺(NDI)化合物。所述化合物可以在电化学或光化学刺激下展现出从基本上透明到基本上黑色的颜色变化并且可以用于智能窗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光致变色和电致变色化合物相关申请本案要求于2018年8月30日(30/08/2018)提交的英国专利申请GB1814093.9的优先权和权益，将其内容通过引用以其整体特此并入。
本专利技术涉及光致变色和电致变色化合物及其组合物的领域。特别地，本专利技术涉及适用于智能窗的此类化合物。
技术介绍
当施加电流时，电致变色材料会改变颜色。这些材料可以用于诸如智能窗的应用，其中透射率受到控制，从而允许私密性和能源效率益处。希望转变快速，在许多循环内可逆，并且具有正确的颜色变化，并且材料具有成本效益(例如，在合成方面以及在需要很少功率来实现颜色变化方面)并且可容易加工。许多电致变色材料基于无机材料，诸如过渡金属氧化物。这些材料在操作方面是有效的，但是加工和涂覆方法通常是能量密集的。还已经使用金属电沉积。还已知一些有机材料是有效的电致变色材料。此类材料可以具有包括溶液可加工性、低切换时间、颜色可调谐性和高着色度的优点。对于电致变色材料(特别是当用于智能窗时)从具有透明初始状态的膜实现中性色度(诸如灰色和黑色)，是有挑战性的。出于这个原因，许多聚合物膜例如具有着色的初始状态以及着色的最终状态。透射到黑色的电致变色材料更难以形成。这至少部分是由于难以控制氧化还原状态的吸收特性使得提供黑色。展现出黑色状态的材料的典型例子是含有供体-π-供体聚合物与精心控制的共聚物的组合的某些聚合物膜。另外，一些金属有机框架可以用作电致变色材料。Alkaabi等人公开了一种基于萘二酰亚胺(NDI)的金属有机框架，所述金属有机框架已显示经历从透明到深色的光学转变。在这种情况下，通过将自由基阴离子与二阴离子的量平衡在1:1的比率而获得黑色。这些金属有机框架的缺点是它们的设计和制造可能昂贵。AlKobaisi等人综述了萘二酰亚胺化合物的合成和用途，包括其在人工光合作用和太阳能电池技术中的用途。本专利技术的目的是解决以上问题中的一个或多个。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供了一种式1的萘二酰亚胺(NDI)化合物及其盐和溶剂化物。在式1中，R1a和R1b可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基、吲哚基和-[C(O)-N(H)-CR’R”]m-X，其中每个m独立地是从1至5的整数；R’和R”可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基并且X可以独立地选自-OH、-NH2、-NHMe、C1-6烷基、苯基和苄基其中所述苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基可以任选被一个或多个选自以下的基团取代：-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、或-NH-C(＝NH)-NH2。在式1中，R2a和R2b可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基、吲哚基和-[C(O)-N(H)-CR’R”]m-X，其中每个m独立地是从1至5的整数；R’和R”可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基并且X可以独立地选自-OH、-NH2、-NHMe、C1-6烷基、苯基和苄基其中所述苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基可以任选被一个或多个选自以下的基团取代：-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、和-NH-C(＝NH)-NH2。在式1中，-A1a-和-A1b-各自可以独立地选自-C(O)-、-C(＝NR)--CH2-和共价键，其中R是氢或C1-6烷基。在式1中，T1a和T1b可以独立地选自-OH、-NH2、-NHMe、C1-6烷基、苯基和苄基。在式1中，n1a和n1b各自独立地是从0至5的整数。在一些实施方案中，式1的萘二酰亚胺(NDI)化合物是式1a的化合物及其盐和溶剂化物。在式1a中，R1a和R1b可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基，其中所述苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基可以任选被一个或多个选自以下的基团取代：-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、或-NH-C(＝NH)-NH2。在式1a中，R2a和R2b可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基，其中所述苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基可以任选被一个或多个选自以下的基团取代：-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、或-NH-C(＝NH)-NH2。在式1a中，-A1a-和-A1b-各自可以独立地选自-C(O)-、-CH2-和共价键。在式1a中，T1a和T1b可以独立地选自-OH、-NH2和-NHMe。在式1a中，n1a和n1b各自独立地是从1至5的整数。式1a的化合物可以具有以下结构：其中基团R1a、R1b、R2a和R2b具有与以上针对式1a相同的含义。本专利技术的化合物在电化学或光化学刺激后展现出从基本上透明到基本上黑色的颜色变化。颜色变化可能快速并且在许多循环内可逆。以此方式，本专利技术提供了一种化合物，其可用于光致变色和电致变色装置，特别是用于智能窗。在另一方面，本专利技术提供了一种组合物，其包含式1的NDI(优选式1a的NDI)和溶剂。在另一方面，本专利技术提供了一种凝胶，其包含式1的NDI(优选式1a的NDI)和溶剂。所述凝胶可从包含式1的NDI(优选式1a的NDI)和溶剂的组合物而获得或通过将其凝胶化而获得。电致变色装置典型地包括至少两个电极和一个电解质层。颜色变化是由电致变色物质从漂白状态(产生透明外观)到着色状态引起的。电致变色装置分为三类。第一类是其中着色物质和漂白物质都可溶于电解质。第二类是其中漂白状态可溶，而着色状态涂覆一个电极。第三类是其中漂白物质和着色物质都涂覆一个电极。在本专利技术中，已经显示，凝胶基质本身是形成透明至黑色智能窗的有效手段。提出了漂白状态和着色状态都不可溶，也不涂覆电极。潜在的优点包括在基质实质上是固体的系统中扩散受限，这意味着应该可以定位颜色变化；以及物质向任一电极的迁移受限，这可能导致装置随时间的退化。在另一方面，本专利技术提供了一种电化学装置，其包括两个电极和本专利技术的溶液或凝胶。所述溶液或凝胶被提供在电极间空间中。在另一方面，本专利技术提供了本专利技术的溶液或凝胶在光致变色或电致变色装置中的用途。在另一个方面，本专利技术提供了一种生产凝胶的方法，其包括提供包含溶剂和式1的萘二酰亚胺化合物(优选式1a的萘二酰亚胺化合物)的溶液，并且降低所述溶液的pH，从而形成所述凝胶。下面进一步详细描述本专利技术的这些和其他方面和实施方案。附图说明图1示出了(a)1的化学结构；(b)1在水/甘油(80/20)中的(左)溶液和(右)凝胶的照片；(c)1在水/甘油中的溶液的冷冻TEM；(d)1在水/甘油(80/20)中的溶液的SANS数据。较低强度线(在0cm-1处)涉及呈制备原样的样品，较高强度线(在0cm-1处)涉及在用365nmLED照射5分钟后的样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种式1的萘二酰亚胺化合物：/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180830 GB 1814093.91.一种式1的萘二酰亚胺化合物：



其中R1a和R1b可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基、吲哚基和-[C(O)-N(H)-CR’R”]m-X，其中每个m独立地是从1至5的整数；R’和R”可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基并且X可以独立地选自-OH、-NH2、-NHMe、C1-6烷基、苯基和苄基
其中所述苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基可以任选被一个或多个选自以下的基团取代：-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、或-NH-C(＝NH)-NH2；
R2a和R2b可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基、吲哚基和-[C(O)-N(H)-CR’R”]m-X，其中每个m独立地是从1至5的整数；R’和R”可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基并且X可以独立地选自-OH、-NH2、-NHMe、C1-6烷基、苯基和苄基
其中所述苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基可以任选被一个或多个选自以下的基团取代：-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、和-NH-C(＝NH)-NH2
-A1a-和-A1b-各自可以独立地选自-C(O)-、-C(＝NR)--CH2-和共价键，其中R是氢或C1-6烷基；
T1a和T1b可以独立地选自-OH、-NH2、-NHMe、C1-6烷基、苯基和苄基；并且
n1a和n1b各自独立地是从0至5的整数。


2.根据权利要求所述的萘二酰亚胺化合物，其中所述萘二酰亚胺化合物是化合物式1a：



其中R1a和R1b可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基，其中所述苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基可以任选被一个或多个选自以下的基团取代：-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、或-NH-C(＝NH)-NH2；
n1a和n1b各自独立地是从1至5，诸如1至3，诸如1或2的整数；
R2a和R2b可以独立地选自氢、苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基，其中所述苄基、苯基、C1-6烷基和吲哚基可以任选被一个或多个选自以下的基团取代：-OH、-F、-Cl、-Br、-F、-SH、-SeH、-COOH、-NH2、或-NH-C(＝NH)-NH2；
-A1a-和-A1b-各自独立地选自-C(O)-、-CH2-和共价键；并且
T1a和T1b各自独立地选自-OH、-NH2和-NHMe，
及其盐和溶剂化物。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·R·亚当斯，D·J·亚当斯，
申请(专利权)人：格拉斯哥大学理事会，
类型：发明
国别省市：英国;GB