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.     

电致变色型导电聚苯胺固态超级电容器的构建与性能研究

以苯胺硫酸溶液为沉积液,导电玻璃(FTO)为基底材料,在-0.2~1.2 V范围内先电位扫描一圈生成聚苯胺(PANI)晶种,然后在-0.2~0.8 V范围内用循环伏安法电沉积导电PANI材料.所得样品用红外光谱和扫描电子显微镜进行结构表征;以最佳循环伏安电沉积条件制备的PANI/FTO为活性电极,以H_2SO_4/聚乙烯醇(H2SO4/PVA)为凝胶电解质组装了电化学电容器,通过循环伏安、恒电流充放电和电化学阻抗法研究了组装电化学电容器的电化学性能.研究结果表明,以H_2SO_4/PVA凝胶电解质,沉积于导电玻璃表面的PANI活性电极材料的面比电容可达172.7 m F/cm~2,并且在2000次充放电以后,比电容值仍可保留初始值的92.8%.以分区沉积有PANI的导电玻璃可组装制备通过变色显示充放电过程的电化学电容器,在充电时,其颜色逐渐从浅绿色向深绿色转变,放电时,颜色逐渐从深绿色向浅绿色转变.     

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。     

聚苯胺基反射型柔性电致变色器件的制备与工艺研究

采用化学法合成聚苯胺(PANI),在柔性不锈钢丝网上进行涂覆,成功制备了反射型柔性变色器件.测试并获取了不同电位下(即不同的掺杂态)的紫外-可见光全反射光谱,比较确定了该变色器件合适的使用电压为+0.7V和-0.6V.并在选定的使用电压下对变色器件进行测试,讨论了工作电极上PANI用量、电解质层用量和离子储存层用量对变...     

石墨炔在电化学储能器件中的应用

当今社会,电化学储能器件在人类的社会活动中变得越来越重要。电极材料作为电化学储能器件的核心部分,一直是人们研究的焦点。石墨炔是一种新型的二维平面结构的全碳材料,它宽的层间距、大的比表面积、独特的三维孔隙结构和好的导电性使其在能源存储器件电极材料应用中具有巨大的潜力。基于石墨炔温和的制备方法与独特的结构特征,本文详细介绍了近年来石墨炔在储能方面的理论分析和实验进展。通过研究锂/钠在单层、多层石墨炔上的迁移率和存储,理论分析石墨炔基电池具有很好的储锂储钠性能。实验方面,石墨炔作为电极材料在储钠储锂方面的容量与理论值相近。此外石墨炔作为电极材料成功应用于超级电容器和金属-硫电池,并表现出了优异的容量存储性能。石墨炔纳米形貌的调控、石墨炔的热处理,以及异原子的掺杂等均可以有效地提高石墨炔在这些储能器件中的性能。     

苯胺四聚体合成及电致变色器件制备——一个大学化学综合性实验

介绍一个研究探索型大学化学综合性实验——苯胺四聚体合成及其电致变色器件制备。内容包括苯胺四聚体的合成及简单的电致变色器件的制备和相关性能的测试。通过本实验的实践,可以让学生拓宽相关化学专业知识,提高学生综合实验操作技能和专业素质,让学生接触所学领域的前沿技术,激发学生对科学研究的兴趣,培养科研探究能力。     

水溶性共轭聚电解质的制备及在有机电致变色器件中的应用

制备了聚噻吩电解质聚[3-(1'-丙氧基-3'-磺酸)噻吩](PTH-n₃-SO₃H). 以铂线和ITO玻璃作为电极, PTH-n₃-SO₃H的水溶液作为支持电解质, 分别以齐聚噻吩衍生物5,5"'-双醛基-2,2': 5',2": 5",2"'-四噻吩(4T-2CHO)和5,5"'-双氰基-2,2': 5',2": 5",2"'-四噻吩(4T-2CN)薄膜作为电致变色活性层, 组装了有机电致变色器件. 研究了4T-2CHO和4T-2CN的电致变色性能, 同时考察了PTH-n₃-SO₃H水溶液作为支持电解质在有机电致变色器件中的应用. 研究发现, 当进行电化学掺杂和去掺杂时, 4T-2CHO膜发生从黄色到蓝绿色的可逆变化, 4T-2CN膜发生从淡黄色到蓝色的可逆变化. 结果表明, PTH-n₃-SO₃H水溶液可以作为支持电解质用于有机电致变色器件.     

绿色电化学储能器件超级电容器的实验设计与实践*

以超级电容器实验为例,将绿色化学科学研究转化为实验教学的基本设计思路,学习双电层电容器和法拉第准电容器的工作原理、组装及性能测试方法(循环伏安法和恒流充放电法),分析循环伏安曲线、比电容、能量密度和功率密度,总结2者的不同。实践结果表明:电化学基础和科学研究的成功联通,让学生对电化学概念和原理有了更深刻的理解,并获得关于清洁能源储存器件的实践经验,同时也增强了学生的绿色化学素养。     

变色材料及其应用

受到光、电、热等外界激发原作用后可发生颜色变化的物质称为变色物质，本文介绍了光致变色，电致变色及热致变色材料的变色原理，应用及发前景前景。     

固态导电聚合物多色电致变色器件的制备

制备了基于聚3-甲基噻吩(P3MeT)和聚苯胺(PANI)的两种结构(侧面结构和垂直结构)固态导电聚合物多色电致变色器件(ECD). 采用电化学现场紫外-可见光谱法研究了侧面结构固态ECD的电致变色特性, P3MeT-ECD显示出蓝色和红色的可逆变化, PANI-ECD显示出墨绿色和黄绿色的可逆变化, 同时采用P3MeT和PANI作变色材料的P3MeT-PANI-ECD可以实现红、蓝、墨绿和草绿多色变化. 用激光雕刻微型化P3MeT-PANI变色层组装制得的侧面结构固态P3MeT-PANI-ECD控制合适电压也可多色变化. 另外, 用CeO₂-TiO₂作为P3MeT-PANI对电极的垂直结构固态P3MeT-PANI-ECD在实现红、蓝、墨绿和草绿多色变化的同时, 也可进行四色自由搭配选择.     

Flexible and Stretchable Lithium‐Ion Batteries and Supercapacitors Based on Electrically Conducting Carbon Nanotube Fiber Springs

The construction of lightweight, flexible and stretchable power systems for modern electronic devices without using elastic polymer substrates is critical but remains challenging. We have developed a new and general strategy to produce both freestanding, stretchable, and flexible supercapacitors and lithium‐ion batteries with remarkable electrochemical properties by designing novel carbon nanotube fiber springs as electrodes. These springlike electrodes can be stretched by over 300 %. In addition, the supercapacitors and lithium‐ion batteries have a flexible fiber shape that enables promising applications in electronic textiles.     

导电聚合物电致变色材料*

由于在电致变色、显示、军事等领域的广泛应用,电致变色材料受到了人们越来越多的关注。本文综述了聚苯胺(PANI)类、聚噻吩(PTh)类、聚吡咯(PPy)类及复合导电聚合物电致变色材料的性能及其研究进展,同时简单地叙述了这些材料作为电致变色材料的应用前景,指出具有丰富颜色变化、良好的稳定性及成膜性的共聚物及有机/无机复合导电聚合物材料是未来电致变色材料发展的方向。     

锂无机固体电解质*

全固态锂离子二次电池具有更大能量密度和更高的安全使用性能,在未来的电动汽车和蓄能电站上有很好的应用前景。本文对一些典型的锂无机固体电解质进行分类讨论,对它们的性能、结构和导电机理进行评述。这些固体电解质具有较高的离子导电率,是目前的研究热点。文章总结了影响其导电率的几个重要因素以及作为理想锂无机固体电解质的几个基本要求。     

锂离子电池合金负极材料的研究进展

本文综述了锂离子电池合金负极材料的研究现状,对比了各种合金负极材料的制备方法,并指出了合金负极材料目前面临的主要问题及现有的解决方案,最后提出纳米锂合金复合物将是合金负极材料发展的最终出路.     

Mixed Transition‐Metal Oxides: Design,Synthesis, and Energy‐Related Applications

A promising family of mixed transition‐metal oxides (MTMOs) (designated as A_xB_3‐xO₄; A, B=Co, Ni, Zn, Mn, Fe, etc.) with stoichiometric or even non‐stoichiometric compositions, typically in a spinel structure, has recently attracted increasing research interest worldwide. Benefiting from their remarkable electrochemical properties, these MTMOs will play significant roles for low‐cost and environmentally friendly energy storage/conversion technologies. In this Review, we summarize recent research advances in the rational design and efficient synthesis of MTMOs with controlled shapes, sizes, compositions, and micro‐/nanostructures, along with their applications as electrode materials for lithium‐ion batteries and electrochemical capacitors, and efficient electrocatalysts for the oxygen reduction reaction in metal–air batteries and fuel cells. Some future trends and prospects to further develop advanced MTMOs for next‐generation electrochemical energy storage/conversion systems are also presented.     

Vanadium-Substituted Dawson-Type Polyoxometalate–TiO2 Nanowire Composite Film as Advanced Cathode Material for Bifunctional Electrochromic Energy-Storage Devices

Polyoxometalates (POMs) demonstrate potential for application in the development of integrated smart energy devices based on bifunctional electrochromic (EC) optical modulation and electrochemical energy storage. Herein, a nanocomposite thin film composed of a vanadium-substituted Dawson-type POM, i.e., K₇[P₂W₁₇VO₆₂]·18H₂O, and TiO₂ nanowires were constructed via the combination of hydrothermal and layer-by-layer self-assembly methods. Through scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy characterisations, it was found that the TiO₂ nanowire substrate acts as a skeleton to adsorb POM nanoparticles, thereby avoiding the aggregation or stacking of POM particles. The unique three-dimensional core−shell structures of these nanocomposites with high specific surface areas increases the number of active sites during the reaction process and shortens the ion diffusion pathway, thereby improving the electrochemical activities and electrical conductivities. Compared with pure POM thin films, the composite films showed improved EC properties with a significant optical contrast (38.32% at 580 nm), a short response time (1.65 and 1.64 s for colouring and bleaching, respectively), an excellent colouration efficiency (116.5 cm² C⁻¹), and satisfactory energy-storage properties (volumetric capacitance = 297.1 F cm⁻³ at 0.2 mA cm⁻²). Finally, a solid-state electrochromic energy-storage (EES) device was fabricated using the composite film as the cathode. After charging, the constructed device was able to light up a single light-emitting diode for 20 s. These results highlight the promising features of POM-based EES devices and demonstrate their potential for use in a wide range of applications, such as smart windows, military camouflage, sensors, and intelligent systems.     

离子的胶体状态与其电化学储能极限

阳离子氧化还原化学是电化学储能技术中最核心的储能机理,如何高效快速利用氧化还原活性阳离子是发展兼具高功率密度与高能量密度储电技术的关键。 处于胶体状态的阳离子可形成热力学平衡态和非平衡态,具有高反应活性和低离子迁移势垒,展现出独特的电化学特性。 本文着重介绍氧化还原活性阳离子的胶体状态与其在电化学储能上的应用,并从热力学和动力学方面阐述其储能机理,以及活性胶体离子电极和超级电容电池的构筑。 利用胶体的高比表面积、高离子吸附能力和荷电离子梯度分布等特性,创造性地构筑胶体超级电容电池,解决了现有电化学储能电极材料体系中高容量与高功率不能兼具的问题,同时开拓了胶体体系新的应用方向。     

D-A型多色电致变色材料的电化学合成与表征

设计合成了两种新型单体, 电化学聚合制得了相应D-A型聚合物: 聚{10,13-二(3,4-乙烯二氧噻吩基)二苯并[a,c]吩嗪}(P1)和聚{10,13-二(4-乙基噻吩-2-基)二苯并[a,c]吩嗪}(P2). 研究发现, 聚合物膜P1在中性态呈现绿色, 且随着电压的增加呈现多种不同的颜色, 其在1600 nm时最大光学对比度达74.8%, 响应时间为0.6 s, 着色效率(CE)为285.8 cm²/C. 聚合物膜P2在氧化态和还原态时分别为灰蓝色和军绿色, 也具有较高的光学对比度, 快速的转换响应以及较高的着色效率. 另外, 这两种导电聚合物都具有较低的光学禁带(E_g)(P1为1.26 eV, P2为1.54 eV). 本研究提供了两种具有优良性能的电致变色材料, 并对其性能参数进行了分析研究.     

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.     

电化学转换反应及其在二次电池中的应用

电化学转换反应作为一种新的电极反应机制,近年来受到相当多的关注. 转换反应不仅能够利用金属化合物的多价态氧化还原,大幅度提高电化学容量利用率,而且对于主体晶格的结构、嵌脱阳离子的尺寸并无特殊要求,可以应用于众多不同种类的金属化合物,针对不同的金属离子设计高容量正负极活性材料. 因此,基于转换反应构建高容量电极材料正成为二次电池发展的一个新方向. 本文简要分析了电化学转换反应的基本原理和实现条件,并结合作者课题组近年来的研究工作探讨了这类反应在锂离子及钠离子电池中的潜在应用.