四碘合汞酸银的合成及其在热致变色方面的应用.pdf

化 学 研 究 与 应 用第 26 卷 第 26 卷第 11 期 2014 年 11 月 化 学 研 究 与 应 用 Chemical Research and Application Vol 26 No 11 Nov 2014 文章编号 1004 1656 2014 11 1764 03 四碘合汞酸银的合成及其在热致变色方面的应用 卢 勇 陈 骁 张红文 陈 丹 周小田 干亚芳 冯传启 湖北大学化学与化工学院 湖北 武汉 430068 摘要 以硝酸汞 碘化钾和硝酸银为原料 在室温条件下 用液相法合成了四碘合汞酸银 并利用 XRD 谱和红 外光谱技术对合成的四碘合汞酸银进行表征 证实了目标产物四碘合汞酸银已经形成 用扫描电镜技术观测 四碘合汞酸银固体颗粒的形貌 然后采用一定方法 将合成的四碘合汞酸银分散到有机玻璃中 制得到掺有 四碘合汞酸银的有机玻璃复合材料 并对该复合材料进行了热致变色的研究 发现该材料热致变色温度为 48 而且可逆变色性能好 在热致变色方面具有应用的前景 关键词 四碘合汞酸银 液相合成 热致变色材料 中图分类号 O614 122 文献标志码 A Synthesis of Ag2 HgI4 and its application for thermochromic materials LU Yong CHEN Xiao ZHANG Hong wen CHEN Dan ZHOU Xiao tian Gan Ya fang FENG Chuan qi College of chemistry and chemical engineering Hubei University Wuhan 430062 China Abstract The Ag2 HgI4 was synthesized by liquid synthesis method using Hg NO3 2 KI and AgNO3as raw materials The XRD and IR spectra techniques were taken to characterize expected compound The morphology of samples was detected by SEM tech niques It proved that the Ag2 HgI4 compound was formed Then the Ag2 HgI4 powders were distributed in organic glass to obtain a composite material The thermochromic properties of the composite material were studied The composite material behaved good thermochromic performance at 48 Theresults will be used for thermochromic application in near future Key words Ag2 HgI4 Liquid synthesis method Thermochromic materials 热变色材料是一类在一定温度范围内其颜色 随温度改变而改变的特种材料 其颜色的改变可 以从无色变到有色 可以从有色变到无色 也可以 从一种颜色变为另一种颜色 还有受热后相继出 现两种或两种以上颜色的多变色材料 1 2 为数 众多的热变色材料从不同角度可分为多种类型 按物质类别 可分为无机热变色材料和有机热变 色材料 按热变色温度 可分为高温热变色材料 通常变色温度 T 100 和低温热变色材料 通 常变色温度 T 100 甚至 0 以下 无机低温 热变色材料是由无机物质构成 变色温度低于 100 的热变色材料 无机低温热变色材料主要 由无机材料按不同配方制备 具有原料易得 制备 简便 色彩鲜艳的特点 3 7 产品无论在生产还是 生活中都有广泛的应用 无机化合物 Ag2 HgI4 有两种晶体结构 四方晶系和立方晶系 当室温 时 该化合物为黄色 四方晶系 当温度高于 42 时 为红棕色 立方晶系 当温度降低颜色又 变为黄色 6 然而 Ag2 HgI4 有一定毒性 但由 于 HgI4 2 配离子的稳定常数较大 约 1029 因而 收稿日期 2014 01 08 修回日期 2014 09 19 基金项目 大学生创新计划项目资助 201210512037 联系人简介 冯传启 1957 男 教授 主要从事无机功能材料研究 E mail cfeng hubu edu cn 第 11 期卢 勇 等 四碘合汞酸银的合成及其在热致变色方面的应用 在水溶液中的离解度较小 会降低其毒性 若采 用非水溶剂来分散 Ag2 HgI4 则 Ag2 HgI4 溶解 度更小 毒性会大大降低 本工作将先采用溶液 法合成 Ag2 HgI4 化合物 再研究将该化合物分散 到有机玻璃中 制作成复合材料的热致变色性能 对开发低温热致变色有机玻璃工艺产品提供理论 基础和实验依据 1 实验部分 1 1 合成 合成原料为硝酸汞 碘化钾和硝酸银均为分 析纯试剂 称取 3 3362 克 0 01mol Hg NO3 2 加入到 120 毫升蒸馏水 不断搅拌让其充分溶解 然后逐渐滴加含 6 64g 0 04mol KI 溶液 开始有 橙色沉淀生成 继续滴加 KI 使产生的沉淀完全溶 解 得到澄清溶液 再向澄清溶液中滴加已溶解 3 418g 即 0 02mol 的 AgNO3溶液 得到黄色沉 淀 为了获得纳米产物 可加入 1 至 3 的表面 活性剂 当 AgNO3滴加完后 然后静置一段时间 将沉淀抽滤 烘干 得到黄色产物 备用 1 2 表征 在 Rigaku D max ra X 射线粉末衍射仪上进 行 XRD 分析 CuK 0 154 05nm 石墨单色器 真空度 0 0707MPa 管压 40 kV 管流 50 mA 扫描 速度 为 2 min 扫 描 范 围 为 10 80 采 用 FESEM JEOL JSM 7500FA 型扫描电子显微镜观察 产品的表面形貌及颗粒大小 所用电压为 15kV 发射电流为 95mA 红外光谱则在傅里叶红外光 谱仪型号 M303686 上测量 2 结果与讨论 2 1 产物的 XRD 及 IR 光谱测量 由 XRD 图可知 在 23 6 39 5 和 41 38 处出 现衍射峰 与文献报道一致 证明 Ag2 HgI4 化合 物已经形成 由于 Ag2 HgI4 有两种晶型立方和 四方两种 本合成方法得到的目标产物主要是以 立方晶系的形式存在 含有少量四方晶系的 Ag2 HgI4 在 32 47 8 等处的衍射峰 也证明了这 一点 8 图 1 Ag2 HgI4 的 XRD 衍射图 Fig 1 XRD of Ag2 HgI4 图 2 Ag2 HgI4 的红外光谱图 Fig 2 The infrared spectrum of Ag2 HgI4 Ag2 HgI4 的红外光谱图示于图 2 在波数位 3435 和 1625cm 1处的吸收峰为水的吸收峰 而波 数为 1202 1099 800 和 566 cm 1处的吸收峰为 HgI4 2 四面体结构单元的四种不同形式振动的 红外光谱吸收峰 2 2 产物的形貌 Ag2 HgI4 的形貌见图 3 所示 其形貌为不规 则的微米颗粒 而这些微米颗粒由更小的纳米粒 子聚集而成 即为微 纳二级结构的材料 这一特性 导致该化合物在三氯甲烷中容易分散 有利于后 续热致变色复合材料的制备 图 3 Ag2 HgI4 的 SEM 图 Fig 3 SEM image of Ag2 HgI4 5671 化 学 研 究 与 应 用第 26 卷 2 3 热致变色复合材料的制备及性能研究 将有机玻璃溶于适量的氯仿中 再向其中加 入适量的四碘合汞酸银固体粉末 按质量比的 3 至 5 进行加入 并充分搅拌 让其均匀地扩散在 有机玻璃中 然后转移到具有一定形状的成型装 置中 让氯仿自然挥发 有机玻璃会凝固成型 可 制得黄色的有机玻璃 如图 4 a 所示 将复合有机玻璃材料 A 放在烘箱中加热 当 温度上升 48 时 经过 3 分钟后 黄色的有机玻璃 会变成橙色 如图 4b 所示 停止加热 将变色后 的橙色玻璃样品取出 置于室温下 4 分钟后 样品 则完成恢复原来的黄色 如图 4c 所示 重复多 次 则同样现象可观察到 该热致变色有机玻璃 可逆性好 变色时间较短 利用这一特性 可开发 热致变色涂料 玩具等其他工艺产品 3 结 论 用溶液法合成微 纳二级结构的四碘合汞酸银 材料 并采用一定的工艺 将该材料分散到有机玻 璃中 制得均均分散有四碘合汞酸银的有机玻璃 复合材料 该复合材料具有热致变色性能 在 48 时由黄色变为橙色 而且表现良好的可逆变色性 性能 这研究结果对开发热致变色有机玻璃工艺 产品提供理论基础和实验依据 若能用一种无色 透明的高分子材料将四碘合汞酸银进行包覆 然 后再分散到有机玻璃中 制作的温致变色工艺品 将会克服该材料的缺点 增加其使用价值 这一工 作值得今后进一步研究与探索 图 4 热致变色复合材料变色前 后图 A 变色前 B 变色后 C 复原色 Fig 4 The photos of thermochromic material at different temperature 参考文献 1 梁小蕊 张勇 张立春 可逆热致变色机理及应用 J 化学工程师 2009 5 56 62 2 张慧萍 李正宇 李永明 等 无机低温变色材料的研究 及应用 J 云南师范大学学报 2000 5 59 61 3 马一平 朱蓓荣 吴科如 常温可逆温致变色涂料的研 究 J 建筑科学学报 2001 3 211 216 4 李青 马小光 低温热敏变色材料的研究及其应用 J 染色技术 2009 4 14 18 5 吴玉鹏 高虹 热致变色材料的分类及变色机理 J 节 能 2012 1 17 20 6 余坚 苑俊章 郝志峰 新型 AgmCunHgI4可逆热致变色 颜料的研究 J 精细化工 2002 19