苯胺四聚体薄膜的制备及其电致变色性能

以苯胺四聚体做为电致变色材料, 在保持ITO有效涂覆面积不变的情况下, 通过控制溶液浓度和用量的方式控制膜厚, 采用自然铺展的方式制备得到了均匀的电致变色膜. 循环伏安特性曲线表明, 在－0.2～0.8 V电压范围内, 随着电压的升高, 苯胺四聚体结构发生从还原态到中间态再到氧化态的转变, 并伴随着颜色从浅黄色到绿色再到蓝色的变化. 研究发现, 电解质溶液种类和膜厚对苯胺四聚体膜的电致变色性能有较大影响. 苯胺四聚体膜的对比度按照HCl, HNO₃, H₂SO₄, LiClO₄电解质溶液的顺序依次降低. 随着膜厚度增加, 苯胺四聚体膜的对比度增加, 响应时间延长. 当采用樟脑磺酸掺杂的苯胺四聚体制备电致变色膜时, 在其他条件相同的情况下可以提高苯胺四聚体膜的对比度并同时缩短响应时间.     

可吸附紫精化合物电致变色器件

研究报道了一种基于可吸附的固态紫精化合物电致变色器件. 我们设计并合成了一种新型可吸附的不对称紫精化合物,其一端引入三苯胺基团用以修饰紫精化合物的电致变色性质,另一端引入膦酸基团使其固定于电极上,以提高变色速度,增加器件稳定性. 将所合成的材料应用于器件中,得到了高透过差值和高稳定的电致变色器件. 我们利用紫外-可见-红外分光光度计、电化学工作站以及CIE 1931 %Y_Lxy色度系统对其电致变色性能以及颜色进行了表征.     

综合化学实验:三苯胺衍生物的合成、结构与电致变色性能的研究

介绍了一个综合化学实验。通过乌尔曼缩合反应合成一种具有电致变色性能的三苯胺衍生物。利用红外光谱、核磁共振氢谱、循环伏安法对化合物的结构及电化学性能进行表征。通过将电化学工作站和紫外-可见分光光度计联机进行光谱电化学测试,深入研究该化合物的电致变色性能。本实验充分体现了“合成-表征-分析”的科研思维模式,并打破了传统的单独仪器测试方式,在让学生了解合成化学知识和前沿学术研究的同时,提高学生的基本实验技能和综合运用学科知识的能力。     

聚苯胺类电致变色材料的研究进展

电致变色材料作为一种绿色环保、节能低碳的新型功能材料,可广泛应用于显示器件、智能窗、节能建筑、国防军事伪装等领域,得到了人们极大的关注。本文综合前人工作,总结了聚苯胺类电致变色材料的最新研究进展,详细介绍了苯胺和取代苯胺均聚物、苯胺和取代苯胺共聚物、聚苯胺衍生物基杂化材料和带有苯胺齐聚物侧链的变色材料的合成及研究现状,特别从材料的分子结构、溶解及变色性能出发,指出了目前聚苯胺类变色材料所存在的问题,并展望了未来改进的方向。     

基于无机电致变色材料的变色储能器件

电致变色和电化学储能的原理均是基于电荷在电极中的嵌入或脱出而发生的氧化还原反应,具有相同的电化学本质。将电致变色和电化学储能功能集成在一起的电化学器件即电致变色储能器件。以锂离子电池为代表的电化学储能器件已广泛商业化,单一功能的电致变色器件也已被广泛报道并有商业化应用,但有关电致变色储能器件的研究仍然停留在实验阶段。该类器件在电化学储能的同时,可以改变其在可见光甚至红外波段的透射率,并可用颜色指示器件的荷电状态,为电化学器件提供新的应用前景。电致变色储能器件主要包括电致变色超级电容器、电致变色电池和光驱动电致变色智能窗等。电致变色超级电容器和电致变色电池以同时具有电致变色效应和电荷存储性质的材料为正负电极,光驱动电致变色智能窗则还包括将光能转化为电能的光电转换部分。这些器件可用于建筑节能智能窗、静态显示、智能传感等。此外,在柔性基底上制备的可穿戴电致变色储能器件在智能服装、植入显示器和电子皮肤等方面具有应用潜力。本文从基本原理、研究进展和应用领域等方面对无机电致变色储能材料与器件进行综述,并提出未来的研究展望。     

导电聚合物基电致变色器件的研究进展

导电聚合物作为电致变色活性材料是目前最有应用前景的智能材料之一。本文概述了电致变色器件的基本结构和导电聚合物的电致变色机理,着重介绍了多种导电聚合物基电致变色器件的特点、组成及制备,并展望了未来电致变色器件的发展及应用趋势。     

紫精-普鲁士蓝凝胶电致变色器件的制备

合成了醛基功能化的紫精,1,1′-二醛己基-4,4′-联吡啶,通过与聚乙烯醇的缩醛反应将紫精固定到凝胶电解质中,对电极用电沉积法沉积普鲁士蓝,制备了新型凝胶型电致变色器件。这种凝胶电致变色器件避免了电解质泄露的风险并拓宽了电致变色器件的应用范围。采用1 HNMR对分子结构进行了表征,通过紫外-可见分光光度计研究了器件的电致变色性能及其影响因素。结果表明:采用将紫精通过共价键并入凝胶的方法,制备的器件在±2V的工作电压下具有47%的对比度,着色时间2.8s,褪色时间3.3s,并且具有良好的循环稳定性。     

烯烃取代的紫罗精合成及全固态电致变色器件

合成了2种烯烃取代的紫罗精分子,通过核磁、红外和紫外测试技术对其结构进行了确证。循环伏安表明,它们都有2个明显的可逆氧化还原峰;并以PEO胶体聚电解质为离子导电层组装出了基于所合成化合物,低能耗、无辐射的全固态电致变色器件,总厚度约2.35mm,同溶液型电致变色器件相比较,全固态化可以提高器件在变色-褪色和开路延时记忆等方面的性能,且固态电致变色器件制作工艺相对简单,便于规模化生产。经优化后制作的电致变色器件施加1.1～3V的电压可产生明显的蓝色或紫色,断电后开路延时记忆可以达到3d。实验测试出大多数器件响应时间小于50ms,循环次数在百万次以上,主要性能指标已经达到电子墨水的显示要求。     

三苯胺类自供能电致变色材料合成及器件开发

设计并合成了一种新型三苯胺衍生物: (4-((4-(二甲基氨基)苯基)(苯基)氨基)苄基)膦酸, 并研究了它的光谱电化学性质和光伏性质. 光谱电化学谱图表明该化合物具有电致变色性能: 通过施加不同电压, 该化合物薄膜可以在透明态和着色态之间转换, 且在629 nm处透过率对比度达到最大, 为64.2%. 由该材料组装成的自供能电致变色器件具有光伏性能, 光电转化效率可以达到0.32%. 和传统的光电变色器件相比, 该新型器件具有结构简单、制备成本低廉、绿色环保等特点, 预计在建筑、汽车、显示器等领域将有广泛的应用.     

离子液体中聚3-己基噻吩的制备及电致变色性质和器件的研究

以室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[BMIM]PF₆为溶剂及支持电解质,通过电化学方法制备聚(3-己基噻吩)(PHexT)膜。采用循环伏安法和扫描电子显微镜,对膜的电化学性质及形貌结构进行表征。同时通过紫外可见光谱、计时电流、计时库仑以及计时吸收曲线等方法研究聚合物膜的光谱电化学和电致变色特性,并在此基础上制备PHexT膜的电致变色器件。实验结果表明,在离子液体中制备的PHexT膜光滑致密,掺杂态时为蓝色,脱掺杂时为桔红色,并且具有高的颜色对比度 (40%),较短的响应时间 (2.5 s) 和高的电致变色着色效率 (230cm²/C),该膜制成的固态电致变色器件具有很好的电致变色性能和长的循环寿命。     

Novel electroactive poly(arylene ether sulfone) copolymers containing pendant oligoaniline groups: Synthesis and properties

We present a series of novel poly(arylene ether sulfone) copolymers containing pendant oligoaniline groups. A novel monomer containing oligoaniline, 2,6‐difluorobenzoyl aniline tetramer (DFAT), was synthesized by reaction of 2,6‐difluorobenzoyl chloride and parent aniline tetramer and incorporated into the aforementioned copolymers via direct copolymerization with 4,4′‐dichlorodiphenyl sulfone (DCDPS), and 4,4′‐isopropylidene diphenol (BPA) using N,N′‐dimethylacetamide as solvent. The structures of these copolymers were confirmed by FTIR, ¹H NMR, and GPC. Spectral analysis of the copolymers in different oxidation states was investigated via UV‐visible spectra. The copolymers exhibited outstanding thermal stability and good solubility in various organic solvents. Their electroactivity, explored with cyclic voltammetry, was found to increase as the content of oligoaniline in the polymer increased. The electric and dielectric properties of the copolymers were also studied in detail. The electrochromic performance of the copolymers was investigated by electrochromic photographs and transmittance spectra; the color of the copolymer thin films changes from grey (at 0.0 V), to green (at 0.4 V), to blue (at 0.6 V) and to pearl blue (at 1.0 V) and the maximum transmittance change (ΔT) at 700 nm is 42.6% (90.7% ? 48.1%). © 2011 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem, 2011     

磷腈-紫精聚合物的合成与电致变色性能

以六氯环三磷腈作为核心、 紫精为电致变色活性基, 合成了一种新型有机-无机杂化电致变色材料——六(1-乙基-4,4'-联吡啶-甲基苯氧基)环三磷腈(PHV ²⁺). 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线衍射(XRD)及核磁共振氢谱( ¹H NMR)表征了PHV ²⁺的结构. 优良的水溶性使得该化合物可以通过简单的方法构造一个以聚乙烯醇(PVA)为凝胶基质的电致变色水凝胶, 具有成本低廉及无毒害的优点. 以氟掺杂氧化锡(FTO)涂层玻璃作为电极材料, PHV ²⁺作为电致变色材料制备了PHV ²⁺/PVA/KCl电致变色器件(PHV ²⁺/PVA/KCl ECD). 该电致变色器件在2.1 V电压下由淡黄色变为紫色, 颜色变化明显, 并且该颜色变化可以循环500次; 器件在526 nm处的光学对比度达到62.19%. 良好的电致变色性质使该化合物在电致变色器件方面具有潜在应用价值.     

聚苯胺-木质素磺酸复合物的合成及其染料吸附性能——介绍一个综合性研究型实验

以苯胺为单体,木质素磺酸为分散剂,采用化学氧化聚合法合成成本低廉、吸附性能优异的聚苯胺-木质素磺酸(PAL)复合物。要求学生掌握复合物的合成操作步骤、复合物的表征及其染料吸附性能测试的方法。通过对比实验结果,为研究型实验教学提供思路。该实验利于加深学生对高分子学科知识的理解与运用,培养他们的综合实验能力。     

Hexaarylbutadiene: A Versatile Scaffold with Tunable Redox Properties towards Organic Near‐Infrared Electrochromic Material

When the 1,1,4,4‐tetraanilinobutadiene skeleton is attached with two halogenated aryl units at the 2,3‐positions, they undergo facile two‐electron oxidation to give stable dicationic dyes which exhibit a near‐infrared (NIR) absorption whereas the neutral dienes show only pale color. Therefore, a distinct electrochromic response with an absorption change in the NIR region is achieved, which is attracting considerable recent attention from the viewpoint of bioimaging. Herein, we demonstrate that the redox potentials of the 1,1,4,4‐tetraanilinobutadiene can be precisely controlled by the donating properties of the amino group on the aniline unit as well as the number of halogen atoms on the aryl units at 2,3‐positions on the butadiene. In contrast, the NIR absorption bands mainly depend on the number of halogen atoms irrespective to the donating properties of aniline unit. Thus, the hexaarylbutadiene skeleton is proven to be a versatile scaffold to develop less‐explored organic NIR electrochromic materials, whose redox and spectroscopic properties can be finely tuned by modifying/attaching the proper substituents.     

Ag/WO3纳米复合膜的制备及其电致变色性质和器件的研究

通过真空镀膜方法制备的纳米Ag薄膜均匀致密, 表面光滑. 然后通过电化学方法在Ag纳米薄膜上沉积一层三氧化钨(WO3), 制备纳米Ag/WO3复合膜. 并在此基础上构筑五层式玻璃/ITO/纳米Ag-WO3复合膜/固态电解质/聚(3-甲基噻吩)/ITO/玻璃电致变色器件. 实验结果表明, 与传统的WO3膜相比, 纳米Ag/WO3复合膜具有更好的电化学活性、更高的对比度、更短的响应时间, 以及更好的稳定性. 由该复合膜组装的电致变色器件工艺简单, 电致变色性能良好.     

具有电活性苯胺四聚体接枝聚谷氨酸的合成与表征

以N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)活化聚L-谷氨酸的羧基并与苯胺四聚体的氨基缩合,得到了以可生物降解的聚谷氨酸为主链,具有电活性的苯胺四聚体为侧链的新型接枝聚合物.用1H-NMR、质谱分析、光谱分析的方法确定了化合物的结构.侧链羧基的存在使聚合物可以溶解于碱性的缓冲溶液中.对聚合物的电化学性质进行了紫外及循环伏安的表征,研究结果表明,接枝后的聚合物具有与苯胺低聚体相似的可逆的氧化还原过程并可被质子酸掺杂,表现出良好的电化学活性.同时,以定量紫外吸收及元素分析的方法分别测定了聚合物的接枝率.实验中通过控制反应的投料比可以使苯胺四聚体的接枝率达到40%以上,并对聚合物的自掺杂现象进行了讨论.     

Optical iris application of electrochromic thin films

We have successfully developed an electrochromic device (ECD) as the “optical iris” of a camera lens that could potentially control the transmittance intentionally. To realize this goal, we have applied photolithography and subsequent wet etching to fabricate the patterned complementary electrochromic systems where tungsten oxide and prussian blue were electrodeposited. At this point it is important to note that such a device could be directly attached onto a camera lens without any mechanical equipment. In this way the device will reduce power consumption and will be much smaller and thinner which results would also further the miniaturization of cameras.     

A newly-designed self-powered electrochromic window

By converting incident light into electric power, self-powered electrochromic window (SP-ECW) can achieve color change in electrochromic layer with no need for external voltage. In this work, a newly-designed SP-ECW is proposed for altering its color between deep blue and colorless state according to on/off state of incident light. The device consists of a working electrode with planar integration of photovoltaic (PV) and electrochromic (EC) elements on one electrode, a platinum counter electrode and a redox electrolyte comprising Br^–/Br ₃ ^– couple. A high transmittance modulation of 41% at 582 nm is obtained. Electrical energy converted from light is not only sufficient to drive the device, but also can be outputted to the external circuit.     

Bipolar Electrode-based Electrochromic Devices for Analytical Applications – A Review

Bipolar electrode-based (BPE-based) electrochromic devices have garnered increasing attention in the past decade. These BPE-based electrochromic devices have been used for analytical health monitoring, point-of-care (POC) diagnostics, and chemical sensing. In this review, we highlight recent progress made regarding BPE-based electrochromic devices constructed for these analytical applications. Various, available electrochromic materials are summarized in the first section, after which the different device types (e. g., paper-based and self-powered) are discussed. Biological- and chemical-based analytical demonstrations of these devices are then reviewed. Finally, we conclude this review with a perspective on the future developments of BPE-based electrochromic devices in analytical applications.