一种紫外光致变色纳米体系及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及信息加密与防伪技术领域，具体涉及一种紫外光致变色纳米体系及其制备方法与应用。

背景技术

在外界激发源的作用下，体系颜色发生明显变化的现象称为变色性。近年来，在外界刺激作用下光电性质会发生显著变化的智能响应型光电材料吸引了大量的研究人员。国内外科研人员相继发展了一系列光致变色光功能材料，这些材料被成功应用于信息显示、安全防伪、信息传感、生物成像等各个不同光学与光电子领域中。这类材料独特的响应性质为开发新型光学信息存储与加密以及光学防伪技术开辟了新途径。

目前，常规的光致变色材料大多集中于有机化合物体系，比如开环-闭环反应，以及无机物结合有机染料通过电子给体或受体实现光致变色行为。然而大部分的光致变色分子需要复杂的有机化学合成和繁琐的提纯过程，这使得光致变色行为的调控效率低下以及难以真正大规模产业化应用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种紫外光致变色纳米体系及其制备方法与应用，旨在解决现有光致变色材料需要复杂的有机化学合成和繁琐的提纯过程，光致变色行为的调控效率低下以及难以真正大规模产业化应用的问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种紫外光致变色纳米体系的制备方法，包括步骤：

将氧化钼加入N-甲基吡咯烷酮与水的混合溶剂中，加热条件下，得到混合溶液；

将所述混合溶液进行离心洗涤，得到紫外光致变色纳米体系；其中，所述紫外光致变色纳米体系包括MoO

所述的紫外光致变色纳米体系的制备方法，其中，所述加热温度为60℃～180℃，所述加热时间为0.5h～42h。

所述的紫外光致变色纳米体系的制备方法，其中，所述氧化钼的粒径为1～300nm。

所述的紫外光致变色纳米体系的制备方法，其中，所述混合溶剂中N-甲基吡咯烷酮与水的体积比为1:1。

所述的紫外光致变色纳米体系的制备方法，其中，所述MoO

所述的紫外光致变色纳米体系的制备方法，其中，所述离心洗涤的转速为2000～12000rpm。

一种紫外光致变色纳米体系，其中，包括：MoO

所述的紫外光致变色纳米体系，其中，所述混合溶剂中N-甲基吡咯烷酮与水的体积比为1:1。

所述的紫外光致变色纳米体系，其中，所述MoO

一种所述的紫外光致变色纳米体系在信息加密和光学防伪领域的应用。

有益效果：本发明将氧化钼加入N-甲基吡咯烷酮与水的混合溶剂中，通过水热法制备紫外光致变色纳米体系，制备方法简单、成本低、快捷且可规模化生产，省去了繁琐的有机合成以及提纯步骤，制备出的紫外光致变色纳米体系对紫外光灵敏度高，响应时间短，循环性能稳定，紫外光致变色纳米体系变色后增强了等离子体吸收，可进行等离子体调控以及吸收近红外光，对等离子调控以及减少能耗领域有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例1中制备的紫外光致变色纳米体系在紫外光下照射不同时间得到的紫外吸收光谱图；

图2是本发明实施例1中制备的紫外光致变色纳米体系在紫外光照射下的光谱检测图；

图3是本发明实施例1中制备的紫外光致变色纳米体系的透射电子显微镜图。

具体实施方式

本发明提供一种紫外光致变色纳米体系及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

光致变色是指一种化合物A受到一定波长的光照射时，发生光化学反应得到产物B，A和B的颜色(即对光的吸收)明显不同。B在另一束光的照射下或经加热又恢复到原来的形式A。光致变色的一个重要评判标准是其可逆的化学反应。

作为先进光子应用的重要材料之一，光致变色分子已经应用在包括信息机密，光学信息存储、防伪图案、荧光成像和智能透镜，此领域研究重点是制备新的光致变色材料，并对其光致变色行为进行精准调控，以满足不同光电应用的需求。目前，常规的光致变色材料大多集中于有机化合物体系，比如开环-闭环反应，以及无机物结合有机染料通过电子给体或受体实现光致变色行为。然而大部分的光致变色分子需要复杂的有机化学合成和繁琐的提纯过程，这使得光致变色行为的调控效率低下并且难以真正大规模产业化应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种紫外光致变色纳米体系的制备方法，具体地，所述紫外光致变色纳米体系的制备方法，包括步骤：

S1、将氧化钼加入N-甲基吡咯烷酮与水的混合溶剂中，加热条件下，得到混合溶液。

氧化钼为堆叠的层状结构，横向依靠钼氧键相连，结合紧密；纵向层间的结合力为较弱的范德华力，该力在高能外界条件下会被破坏，被剥离形成层状的2D纳米结构。该2D纳米结构在合适溶剂配合及水热超声等更加剧烈条件下会进一步被破坏，相连接的钼氧键被打开，尺寸进一步减小至几纳米，形成具有量子限域效应的氧化钼量子点。依据氧化钼的上述特性，本实施例中将氧化钼加入N-甲基吡咯烷酮与水的混合溶剂中，加热条件下使氧化钼发生剥离，得到混合溶液。整个反应过程中，N-甲基吡咯烷酮与水的混合溶剂不仅作为溶剂，还作为反应的催化剂，氧化钼加入后在水中氢离子插层作用下，更容易完成剥离形成纳米结构，同时剥离后形成的纳米结构与N-甲基吡咯烷酮上的官能团反应，作为配体稳定分散氧化钼纳米结构。

考虑到氧化钼的粒径、反应时的加热温度以及加热时间均会影响氧化钼的剥离以及反应形成的MoO

具体地，前述步骤中提到N-甲基吡咯烷酮与水的混合溶剂在反应过程中不仅作为溶剂，还作为反应的催化剂，其中，水中氢离子的插层作用能够加速氧化钼剥离形成纳米结构，N-甲基吡咯烷酮作为配体能够稳定分散氧化钼纳米结构，也就是说，混合溶剂中N-甲基吡咯烷酮与水的配比会影响氧化钼纳米结构的形成以及稳定。本实施例中选择体积比为1:1的N-甲基吡咯烷酮与水的混合溶液作为反应的混合溶剂，在实现氧化钼的快速剥离以及形成的氧化钼纳米结构的稳定分散。在一具体实施例中，所述氧化钼的质量为0.01g～0.3g，所述混合溶剂中N-甲基吡咯烷酮和水的体积分别为5～10mL。

S2、将所述混合溶液进行离心洗涤，得到紫外光致变色纳米体系；其中，所述紫外光致变色纳米体系包括MoO

考虑到反应得到的混合溶液中存在一些较大的颗粒或未反应成分，本实施例中得到混合溶液后，对混合溶液进行离心洗涤，并将离心后的产物溶解在所述混合溶剂中，得到紫外光致变色体系。其中，所述紫外光致变色纳米体系包括MoO

本发明实施例提出的紫外光致变色纳米体系可以在紫外光下数秒内由几近透明色迅速变成蓝绿色，可在太阳光下甚至阴天几分钟内完成变色，置于室内照明下即可在数小时内恢复(由蓝色变为无色)。同时，一些外在刺激可以加速其恢复过程，比如升温、提高氧气浓度或超声操作。相比于现有制备方法，本实施例中的制备方法快捷且可大量生产，省去了繁琐的有机合成以及提纯步骤。该紫外光致变色纳米体系可用溶剂热的方式一锅法合成，合成时间只需数小时，且MoO

本发明还提供一种紫外光致变色纳米体系，所述紫外光致变色纳米体系采用上述所述的紫外光致变色纳米体系的制备方法制备而成。所述紫外光致变色纳米体系包括MoO

本发明还提供一种上述所述的紫外光致变色纳米体系在信息加密和光学防伪领域的应用。另外本发明提供的紫外光致变色纳米体系还可应用于修饰建筑物，如修饰建筑物玻璃表面作为智能玻璃，当白天太阳光强烈时，紫外光致变色纳米体系变色后开始吸收太阳光中700～800nm波段的光，有效减少太阳光入射以及热量传递，同时可以降低能耗，当傍晚时则可快速恢复成透明以便透过月光。由于该紫外光致变色纳米体系在紫外光下变色，室内光照下该体系能保持稳定，不会变色。

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。

实施例1

(1)将体积为8mL的N-甲基吡咯烷酮和体积为8mL的水配成混合溶剂；

(2)将质量为0.1g的氧化钼加入上述混合溶液中，温度为80℃下加热15h，得到混合溶液；

(3)将上述混合溶液在10000rpm下进行离心洗涤，并将离心产物溶解在体积比为1:1的N-甲基吡咯烷酮与水的混合溶剂中，得到紫外光致变色纳米体系。

如图1所示，为使用365nm功率为5w的紫外光源对本发明实施例1中制备的紫外光致变色纳米体系照射0s、5s、10s、15s、20s、25s、35s、50s、70s、100s、120s、180s得到的紫外吸收光谱图。从图1可以看出，本实施例中制备的紫外光致变色纳米体系在阳光甚至阴天下数分钟内即可完成变色，且随着光照时间增长，吸收光强增强。

图2为使用光纤光谱仪对本发明实施例1中制备的紫外光致变色纳米体系在紫外光照射下进行光谱检测，得到的光谱检测图。由图2可以看出，在紫外光照射下，本实施例中制备的紫外光致变色纳米体系会强烈吸收700～800nm之间的光，即发生变色。

图3为本发明实施例1中制备的紫外光致变色纳米体系的透射电子显微镜图。由图3可以看出，本发明实施例制备出的紫外光致变色纳米体系中的MoO

综上所述，本发明公开了一种紫外光致变色纳米体系及其制备方法与应用，包括：将氧化钼加入N-甲基吡咯烷酮与水的混合溶剂中，加热条件下，得到混合溶液；将所述混合溶液进行离心洗涤，得到紫外光致变色纳米体系；其中，所述将氧化钼加入N-甲基吡咯烷酮与水的混合溶剂中，通过水热法制备紫外光致变色纳米体系，制备方法简单、成本低、快捷且可规模化生产，省去了繁琐的有机合成以及提纯步骤，制备出的紫外光致变色纳米体系对紫外光灵敏度高，响应时间短，循环性能稳定，紫外光致变色纳米体系变色后增强了等离子体吸收，可进行等离子体调控以及吸收近红外光，对等离子调控以及减少能耗领域有重要意义。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。