[发明专利]一种紫精类化合物、其制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明属于化工和材料领域，具体地，涉及电致变色材料领域，更具体地，涉及一种紫精类化合物、其制备方法及用途。本发明还涉及一种紫精类电致变色材料和一种电致变色器件。

背景技术

电致变色是指材料在外加电流或电场的作用下，材料的光学性能(透射率、反射率、吸收率和发射率等)在可见光波长范围内产生稳定的可逆变化，在外观上表现为颜色等光学性能的可逆变化。电致变色材料和器件由于具有独特的光-电特性，在新型显示器件、信息存储器件、可调反射率汽车后视镜以及智能窗等诸多领域都有着巨大的应用前景。

电致变色材料做为器件的核心部件，通常分为无机电致变色材料和有机电致变色材料两大类，紫精是有机小分子电致变色材料中较常见的一种，具有成本低、颜色丰富等优点。

紫精类化合物全称是1,1’-双取代基-4,4’-联吡啶，通式可记作[RR’C₁₀H₈N₂]²⁺2X^-或V²⁺2X^-，R和R’为N原子上的取代基，X^-为负离子。紫精具有三种不同的氧化还原形式，稳定的紫精双阳离子(V²⁺)状态、着色明显的紫精自由基一价阳离子(V^+.)状态以及强溶剂不稳定性的零价紫精(V⁰)状态。

紫精化合物的研究多集中于电子转移传感器、光致变色以及电致变色方面，但前人用于研究电致变色的紫精化合物多为非对称型紫精，此类紫精合成较为繁复且产物分离较为复杂，后处理过程质量损失较大，使其成本增高(Mei Li.Highly contrasted and stable electrochromic device based on well-matched viologen and triphenylamine[J].Organic Electronice,2014,15:428-434)。

亦有现有技术中提到了甲基紫精水合物，其在纸上发生变色反应是可行的，但变色过程缓慢，并且二聚作用非常明显；化合物失电子呈现绯红色，零价态甲基紫精呈棕红色，且仅具有微弱的电活性(Paul M.S.Monk,Claire Turner.Electrochemical behaviour of methyl viologen in a matrix of Paper[J].Electrochimica Acta,1999,44:4817-4826)。

目前，尚需要开发新的紫精类化合物，以及简单高效的制备和/或纯化工艺。

发明内容

本发明人经过深入的研究和创造性的劳动，得到了一种新型的对称型紫精化合物，以及制备和分离方法。本发明人惊奇地发现，由本发明的紫精类化合物制得的电致变色材料具有明显的着色和褪色时颜色变化，并且有一定的循环稳定性。所述制备和分离方法操作简单，产率高。由此提供了下述发明：

本发明的一个方面涉及如下的式I所示的化合物，

其中，

R为C₁₂-C₂₀烷基，并且两个R相同；

X为卤素。

根据本发明的任一项所述的化合物，其中，R为C₁₂-C₁₆烷基、C₁₃-C₁₆烷基、C₁₃-C₁₈烷基、C₁₃-C₂₀烷基、C₁₆-C₁₈烷基、C₁₆-C₂₀烷基、C₁₂烷基、C₁₃烷基、C₁₄烷基、C₁₅烷基、C₁₆烷基、C₁₇烷基、C₁₈烷基、C₁₉烷基或C₂₀烷基。

本发明人在研究过程中发现，烷基碳原子数目太小的话(例如烷基碳原子数目在8以下)，二聚作用过大，使合成的化合物非常易溶于溶剂，无法得到固态或粉末状产物。另外，本发明人还通过实验发现，即便是艰难地分离出合成的紫精类化合物，其在导电ITO玻璃上难以成膜，或者在ITO玻璃上粘附的牢固程度就会极低，导致材料的循环寿命较差，从而严重影响其实际应用。