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。     

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。     

紫精类电致变色材料的制备和机理

1,1'-二取代4,4'-联吡啶盐通常称作紫精(viologen),紫精以及接有紫精基团的聚合物（polyviologen）有优异的电致和光致变色性能,在新一代电致变色器件、显示器件和智能窗等方面有很好的应用前景。文章综述了紫精和紫精聚合物的制备、结构与性能、电致变色机理、功能器件设计以及在化学合成、纳米功能符合等方面的研究进展,并提出例如今后的重要研究方向。     

多金属氧酸盐电致变色材料

多金属氧酸盐具有多样的结构和良好的电化学可逆性,在电致变色器件(例如军事伪装、后视镜、智能窗以及高对比度信息显示器)上有着广阔的应用前景。本文综述了多金属氧酸盐在电致变色领域的研究进展情况。概述了多金属氧酸盐的电致变色机理以及制备多金属氧酸盐电致变色薄膜的方法,主要包括:溶胶-凝胶方法、电沉积法、Langmuir-Blodgett方法、层接层自组装方法。按照多金属氧酸盐的结构类型分类,结合最新文献报道,介绍了同多酸(盐)型和杂多酸(盐)型电致变色材料性能的研究现状。最后,对其未来的发展方向进行了展望。     

石墨烯-ITO复合电极对聚苯胺薄膜电致变色性质的影响

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),首先,石墨与浓硫酸、过硫酸钾和五氧化二磷反应制得强氧化产物,随后将其与浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾反应,经双氧水发泡、酸洗、超声等合成氧化石墨烯水溶液,再通过金属箔还原和基底转移过程制备GO-氧化铟锡(ITO)复合电极材料.通过金属箔还原和基底转移过程制备GO-氧化铟锡(ITO)复合电极材料.利用电化学聚合法在GO-ITO复合电极上制备聚苯胺(PANI)薄膜,并对其形貌结构、电化学及电致变色性质进行表征.结果表明,与ITO电极相比,采用GO-ITO复合电极制备的PANI的成膜性得到明显改善,复合电极具有更加均匀细致的颗粒表面,增大了聚合物与电解液之间的接触面积,为电致变色过程中平衡离子的注入/脱出提供了更多的通道,因而PANI薄膜在700nm处的光学对比度提高了约13%,响应速度缩短了约2.6 s,着色效率高达169.6 cm2/C.GO的引入保持了PANI良好的电化学稳定性.GO-ITO复合电极有效改善了聚合物的综合性能,对于聚合物电致变色材料及器件的开发具有潜在的应用前景.     

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。     

多酸/邻菲罗啉钌LBL薄膜的制备及电化学调控荧光开关性能

通过层层静电自组装技术制备了基于电致变色多酸P_8W_(48)与发光邻菲罗啉钌Ru(phen)的杂化红光薄膜[(PEI/P_8W_(48))_m/PEI/PSS/Ru(phen)/PSS]_(15)[m=1,3,5;PEI=聚乙烯亚胺;PSS=聚(4-苯乙烯磺酸钠)].利用紫外-可见光谱对薄膜的组成及增长进行了表征;通过循环伏安法对薄膜的电化学氧化还原性质进行了考察;通过荧光光谱对薄膜的发光性质进行了研究.结果表明,薄膜在外加氧化还原电位下呈现出可逆的电致变色-荧光开关性质;在阶跃电位-0.85 V/0.85 V下循环50次,其电致变色及荧光开关性能没有明显的减弱,体现了良好的电化学稳定性.     

盘状多酸P_5W_(30)/阳离子聚电解质/氧化石墨烯杂化多层膜的电致变色性能

为了提高薄膜[PEI/P_5W_(30)]_(30)的电致变色性能,将具有大的二维尺寸和良好导电性的氧化石墨烯引入该薄膜中。通过层层自组装(LBL)技术构筑了基于盘状多酸K12.5Nal.5[Na P_5W_(30)O_(110)]·15H_2O(P_5W_(30))、氧化石墨烯(GO)的复合薄膜[PEI/P_5W_(30)/PEI/GO]_(30)(PEI:聚乙烯亚胺),并利用UV-Vis光谱对薄膜的组成及增长进行监测;通过原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行考察,利用循环伏安法对薄膜电化学氧化还原性质进行研究;薄膜在外加氧化还原电位下呈现出无色/蓝色的可逆变化,电致变色响应时间在10 s以内;此外,薄膜在阶跃电位0.75 V/-0.75 V下循环150次,电致变色性能没有明显减弱,体现了薄膜良好的电致变色可逆性。氧化石墨烯的引入使薄膜[PEI/P_5W_(30)/PEI/GO]_(30)呈现出响应速度快、抗电疲劳强的电致变色性能,将在电致变色器件领域有广阔的应用前景。     

纳米TiO2膜负载聚(3-溴噻吩)的电化学聚合和电色效应研究

本文以纳米多孔的TiO2膜为基底,通过恒电流阳极聚合的方法制备聚(3-溴噻吩) (PBrT)膜,并研究负载在纳米TiO2膜上PBrT的电致变色性能。采用原子力显微镜(AFM)对纳米TiO2膜的形貌进行表征。利用紫外吸收光谱、计时安培法、计时吸收法研究PBrT膜的电致变色性能。结果显示,沉积在纳米多孔TiO2膜上的PBrT具有更优越的电致变色性能。PBrT膜氧化态时为亮红色,还原态时为深蓝色,颜色的对比度为22%,库仑效率为70%,着色效率为191.3 cm2 C-1（还原态）,88.9 cm2 C-1（氧化态）,该聚合膜具有良好的记忆效应。PBrT/TiO2优异的电致变色性能使其成为良好的电致变色材料,在电致变色器件方面具有潜在的应用价值。     

光致变色WO3/4,4'-BPPOBp超晶格薄膜的制备

具有光致变色和电致变色特性的三氧化钨薄膜因其巨大的应用前景而倍受人们关注[1-4].其制备方法一般为物理沉积方法和化学沉积方法等.其中化学方法包括喷射裂解法[5],化学气相沉积法[6,7],电化学沉积法[8]和溶胶凝胶法[9]等.利用超分子化学自组装技术构建用有机组分调控的光致变色纳米超晶格薄膜材料,是研制光致变色功能薄膜材料的新方法.本文采用溶液中相反电荷聚电解质超分子自组装的方法(ＰＥｓ法)[10],制备了ＷＯ3/4,4′ＢＰＰＯＢｐ超晶格薄膜.采用紫外可见吸收光谱和小角Ｘ射线衍射谱对薄膜的结构和分子的排列方式进行了研究.1　实验…