超分子化學(xué)與智能材料團隊胡曉玉/王樂勇在冷/暖色調(diào)可轉(zhuǎn)換的溫致變色超分子智能窗材料研究取得初步進展
南京大學(xué)介觀化學(xué)教育部重點實驗室超分子化學(xué)與智能材料團隊胡曉玉/王樂勇課題小組與校友南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院沈應(yīng)中教授合作，基于水溶液中柱[6]芳烴與二茂鐵的主-客體作用，設(shè)計開發(fā)了新型的冷/暖色調(diào)可轉(zhuǎn)換的溫致變色智能窗材料，進一步發(fā)展功能正交組裝策略，其成果“Warm/cool-tone switchable thermochromic material for smart windows by orthogonally integrating properties of pillar[6]arene and ferrocene”于2018年3月15日在Nat. Commun.接受發(fā)表。南京航空航天大學(xué)博士研究生王賽為該論文第一作者，南京大學(xué)碩士研究生徐祖強在實驗中做出重要貢獻，胡曉玉、沈應(yīng)中、王樂勇為論文共同通訊作者。
智能窗能夠給人們提供舒適的室內(nèi)環(huán)境，使人們享受優(yōu)質(zhì)生活。在智能窗的制備過程中，功能材料起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的智能窗材料往往局限于單功能化，僅能用于調(diào)節(jié)太陽輻射能量的進入，但對冷/暖色調(diào)的調(diào)控研究卻很少涉及。鑒于不同色調(diào)能夠?qū)θ藗兊那榫w產(chǎn)生很大的影響，因此，開發(fā)一類較為理想的冷/暖色調(diào)可轉(zhuǎn)換的溫致變色智能窗材料，既能保留傳統(tǒng)材料對太陽輻射能的調(diào)控功能又能改善人們的情緒，具有非常重要的潛在應(yīng)用和開發(fā)前景。
胡曉玉/王樂勇課題組在該研究中，提出一種不同功能的正交一體化策略，將乙二醇修飾的柱[6]芳烴（EGP6）的熱響應(yīng)性與氧化還原誘導(dǎo)的二茂鐵/二茂鐵鎓離子基團之間暖色與冷色之間可逆轉(zhuǎn)換的性質(zhì)正交一體化于一個體系中，成功制備了冷/暖色調(diào)可轉(zhuǎn)換的溫致變色材料。基于EGP6與二茂鐵的主-客體作用，他們將二茂鐵側(cè)鏈修飾的聚丙烯酰胺聚合物凝膠（Fc-gel）浸泡在EGP6水溶液中，得到了顯著溶脹且高度透明的水凝膠（Fc-gel?EGP6）。該水凝膠中，因二茂鐵基團在氧化還原刺激下能夠在橘色和綠色之間可逆轉(zhuǎn)換，使其具有冷/暖色調(diào)轉(zhuǎn)換的性能，因此，由該水凝膠制備的智能窗具有改善人們情緒的功能。更重要的是，這種透明的Fc-gel?EGP6水凝膠不管是在暖色調(diào)還是在冷色調(diào)下都繼承了EGP6優(yōu)異的溫度響應(yīng)性能，使其成為一種優(yōu)良的溫致變色材料，可以調(diào)節(jié)太陽輻射能量的進入，營造更加舒適的室內(nèi)環(huán)境。這種冷/暖色調(diào)可轉(zhuǎn)換的溫致變色智能窗材料成功地為不同性質(zhì)的正交一體化策略提供了應(yīng)用實例，同時該策略也為新型功能化材料的開發(fā)提供了新的思路。
該項目得到科技部重大研究計劃、國家自然科學(xué)基金、和德國洪堡基金的資助；感謝德國杜伊斯堡-埃森大學(xué)Jochen Niemeyer博士、南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院陸現(xiàn)彩教授、化學(xué)化工學(xué)院林晨副教授和強琚莉副教授對文章的深入討論。
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