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光致异构偶氮苯化合物：合成路径与光反应储能特性的深度剖析

一、引言

1.1研究背景与意义

在全球能源需求持续增长以及环境问题日益严峻的大背景下，传统化石能源的有限性和对环境的负面影响促使人们积极寻求可持续的能源解决方案。太阳能作为一种清洁、可再生且取之不尽的能源，被视为替代传统化石能源的理想选择，在能源领域中占据着愈发重要的地位。国际能源署（IEA）的相关报告指出，太阳能在全球能源结构中的占比正逐年上升，预计到2050年，太阳能将成为全球主要的能源来源之一。然而，太阳能的利用面临着地域性和时间性的限制，其能量供应的不稳定性使得有效存储和高效转换成为亟待解决的关键技术问题。

光化学储能作为一种重要的化学储能技术，在太阳能存储领域展现出诱人的应用前景。它能够将太阳能转化为化学能并储存起来，在需要时再将化学能释放为其他形式的能量，为解决太阳能的间歇性问题提供了可能。偶氮苯类化合物作为一类具有独特光响应性质的分子，因其良好的吸收特性、可循环的异构化以及特殊基团结构设计等优点，成为极具潜力的新型太阳能储能材料。在特定波长的光照射下，偶氮苯分子能够发生可逆的顺反异构化反应，反式构型吸收光能转变为亚稳定状态的顺式构型，从而实现太阳能的存储；而顺式结构在获得外界提供的可以越过势垒的能量后又可以变成反式结构而放出能量。这种可逆的光异构化过程使得偶氮苯类化合物能够实现能量的存储和释放，为太阳能的高效利用提供了新的途径。

深入研究偶氮苯化合物的合成及其光反应储能特性具有重要的理论意义和实际应用价值。从理论层面来看，这有助于深化我们对光化学反应机理和分子结构与性能关系的理解，丰富光化学储能的理论体系。通过研究偶氮苯化合物在光作用下的异构化过程，我们可以揭示光与物质相互作用的微观机制，为光化学反应的理论研究提供更多的实验依据和数据支持。从实际应用角度出发，开发高效的偶氮苯光化学储能材料能够推动太阳能在能源领域的广泛应用，为缓解能源危机和应对气候变化做出贡献。这类材料在太阳能存储、光电器件、智能材料等领域具有潜在的应用价值，有望为这些领域带来新的突破和发展。在太阳能存储方面，偶氮苯光化学储能材料可以用于开发新型的太阳能电池和储能装置，提高太阳能的存储效率和稳定性；在光电器件领域，它们可以作为光控开关、光传感器等元件，实现光信号与电信号的相互转换；在智能材料领域，偶氮苯化合物的光响应特性可以用于制备智能响应材料，如光控变色材料、光控形状记忆材料等，为材料科学的发展开辟新的方向。

1.2国内外研究现状

在偶氮苯化合物合成方法的研究上，国内外学者已取得诸多成果。重氮化反应和偶联反应是经典的合成手段，通过将芳香胺进行重氮化，再与酚类或芳胺类化合物偶联，能够合成出多种结构的偶氮苯化合物。有研究通过优化反应条件，如精确控制反应温度在0-5℃，选择合适的亚硝酸钠浓度为1.2-1.5倍当量，以及合理控制反应时间在30-60分钟，显著提高了重氮盐的生成效率和稳定性。在偶联反应阶段，选用合适的碱如碳酸钠，以及合适的溶剂如乙醇-水混合溶剂，在适当的反应温度下，有效提高了偶氮苯化合物的产率和纯度。近年来，钯催化N-芳基-N-硅基二氮烯与(杂)芳基卤之间的C(sp2)-N(sp2)键交叉偶联反应，为非对称偶氮苯衍生物的合成提供了新途径。该方法具有反应条件温和、底物范围广泛、官能团兼容性良好等特点，能够合成出一系列结构新颖的非对称偶氮苯化合物，拓展了偶氮苯化合物的结构多样性。

对于偶氮苯化合物光反应储能特性的研究，也取得了一定进展。研究表明，偶氮苯化合物的光致异构化过程受到光照波长、强度、反应温度、溶剂种类等多种因素影响。有研究通过实验发现，在不同波长的光照下，偶氮苯化合物的异构化速率和效率存在显著差异。在365nm的紫外光照射下，反式偶氮苯向顺式的转化率较高；而在450nm的可见光照射下，顺式偶氮苯向反式的回复速率较快。溶剂的极性也会对异构化过程产生影响，在极性溶剂中，偶氮苯化合物的n-π*跃迁吸收带会发生蓝移现象，进而影响其光反应储能特性。通过分子动力学模拟和实验相结合的方式，研究者们深入探究了偶氮苯化合物光致异构化的分子机制和动力学过程。通过构建偶氮苯化合物的分子模型，模拟其在光作用下的异构化过程，能够从分子层面揭示异构化的机理，为进一步优化偶氮苯化合物的光反应储能性能提供理论指导。

尽管已取得上述成果，但当前研究仍存在一些不足与空白。部分合成方法存在反应步骤繁琐、条件苛刻、产率较低等问题，限制了偶氮苯化合物的大规模制备和应用。一些新型合成方法虽然能够合成出结构新颖的偶氮苯化合物，但反应条件较为复杂，需要使用昂贵的催化剂和特殊的反应设备，难以实现工业化生产。在光反应储能特性研究方面，