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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

聚苯胺衍生物电致变色薄膜的制备与物性研究

采用循环伏安电化学沉积方式分别制备了聚邻甲氧基苯胺(1)和聚邻甲氧基苯胺/邻硝基苯胺(2)电致变色薄膜, 并通过UV-Vis、分光光度仪、场发射扫描电子显微镜(SEM)对其进行性能表征. 结果显示: 变色膜1在不同电压下能实现湖绿色(U＝－0.5 V)和淡紫色(U＝0.9 V)变化, 响应时间约15 s, 最大透光率变化(DT_max)约10% (500 nm)|变色膜2在不同电压下能实现橄榄绿色(U＝－0.9 V)和深酞蓝色(U＝1.4 V)变化, 响应时间约2 s, 最大透光率变化(DT_max)约为20% (497 nm)|SEM测试得到薄膜2的厚度约550 nm, 且不同颜色状态下其表面形貌及导电性能有较大的差别. 由以上结果可以看出: 电致变色薄膜2比1具有更快的响应速度和较好的颜色对比度, 因此薄膜2是更好的电致变色材料.     

偶联噻吩引入对三苯胺成膜性提高及电致变色性能增强

合成了一种以三苯胺(TPA)为核、偶联噻吩为端基的有机小分子4,4'4?-三[4-(2-联噻吩基)苯基]胺(TBTPA), 并通过电化学聚合得到其相应的聚合物PTBTPA. 运用电化学工作站和紫外-可见光谱仪连用对该聚合物膜的光谱电化学性质进行了测试. 与先前已报道的三[4-(2-噻吩基)苯基]胺(TTPA)相比, TBTPA呈现出更好的电化学氧化还原活性. 在电化学聚合过程中, PTBTPA膜呈现出更好的成膜性能且在不同的电位下可以显示三种颜色(深橙色、橄榄绿、暗灰色). 此外, 光谱电化学测试结果表明, 与先前报道的PTTPA相比, PTBTPA具有更好的电致变色(EC)性能, 高的颜色对比度(44.7%), 更高的透射对比度(ΔT, 在720 及1100 nm处对比度分别为49%和52%)及较快的响应时间(在720 nm时为0.93 s, 在1100 nm 时为0.91 s), 同时, PTBTPA具有更高的着色效率(720 nm时为198 cm²·C^-1, 1100 nm时为285 cm²·C^-1). 从扫描电镜(SEM)照片得出PTBTPA薄膜呈现微球颗粒堆积形貌, 颗粒粒径为500 nm左右, 比PTTPA的粒径小. 良好的性能表明PTBTPA在电致变色器件上具有很大的应用前景.     

含功能性季铵盐三苯胺聚合物的合成与电致变色和非易失性记忆性能

通过4-(4-氨基苯氧基)吡啶与4,4'-二溴二苯醚或1,4-二溴苯的偶合反应(Buchwald-Hartwig),得到聚[(4-(吡啶-4-氧基)-p-苯氧基]三苯胺或聚[4-(吡啶-4-氧基)]三苯胺,再与3-(氯甲基)-5-[4-(三氟甲基)苯基]-1,2,4-噁二唑进行季铵化反应,得到含功能性季铵盐三苯胺聚合物:聚[N-对苯氧基-N-[4-O-[2-对三氟甲基苯基-(4-氯化吡啶盐)噁二唑]基]三苯胺(PTP3FQ)和聚[N-[4-O-[2-对三氟甲基苯基-(4-氯化吡啶盐)噁二唑]基]三苯胺(PP3FQ).用核磁氢谱和红外光谱表征了PTP3FQ和PP3FQ的结构,用热失重和循环伏安法测定了PTP3FQ和PP3FQ的热性能和电化学性能.结果表明,在不外加电解质情况下,PTP3FQ和PP3FQ利用自身的季铵盐离子表现出良好的电致变色性能;将PTP3FQ和PP3FQ制成Al/聚合物/ITO结构的记忆器件,由于噁二唑基团与三苯胺形成电荷转移络合物,使记忆器件表现出非易失性可擦写(Flash)存储特性,开关比高达10~3.     

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.     

新型电控荧光聚合物的合成与性能研究——推荐一个综合化学实验

介绍一个研究探索型大学化学综合性实验——新型电控荧光聚合物的合成与性能研究。内容包括电控荧光聚合物的合成及电控荧光性能的相关测试。通过本实验的实践,使学生在掌握基础理论和基本实验技能的同时,提高独立实验能力和创新意识。本实验的开展还可以使学生接触到学科的前沿领域,激发学生对科学研究的兴趣,培养学生的科研探究能力。     

多酸配位聚合物的制备与表征——推荐一个综合化学实验

介绍了一个综合化学新实验--多酸配位聚合物的制备与表征。通过杂多酸和有机配体的合成、多酸配位聚合物的制备和性能表征,使学生了解多酸配位聚合物这一无机合成化学前沿领域,在引导学生进行材料合成及性质表征的过程中,提高学生对已学知识融会贯通的能力,提升学生学习化学的兴趣。本实验综合了无机、有机化学知识点以及实验、仪器操作和数据分析能力的培养,可纳入高年级综合化学实验。     

四苯乙烯的合成、表征及在爆炸物检测中的应用 ——介绍一个大学化学综合实验

因具有聚集诱导发光特性、螺旋桨结构的四苯乙烯及其衍生物,在有机光电材料、荧光传感和生物成像等领域表现出优异的荧光性能。本实验以二苯甲酮为原料,利用McMurry偶联反应合成四苯乙烯。采用萃取、干燥和柱层析等手段对产物进行分离和纯化,通过熔点测定、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和质谱对其结构进行表征后,使用苦味酸作为模型化合物,利用荧光光谱测定其对爆炸物的荧光检测极限。本实验寓科研热点于实验教学中,不仅提高了学生的实验操作技能,而且有助于学生了解具有聚集诱导发光性能的四苯乙烯及其衍生物的研究现状和应用前景,激发了学生的科研兴趣和创新意识。     

BODIPY基荧光探针的合成、表征及对铜离子的检测——推荐一个大学综合化学实验

介绍了一个大学综合化学实验——BODIPY基荧光探针的合成、表征及对铜离子的检测。该实验是一个科研转化的大学生综合化学实验,内容包括3,5-二氯BODIY的合成、BODIPY基荧光探针分子的合成,以及利用紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪检测目标分子对金属离子的响应性。通过本实验,使学生了解BODIPY基荧光传感器这一科研前沿领域,激发学生对科学研究的兴趣,培养学生的科研探究能力。本实验综合了有机化学、仪器分析和应用波谱学知识点的学习,培养学生的实验操作技能,提升学生的综合及创新能力,建议纳入高年级综合化学实验课程。     

基础化学综合实验中学生“自主设计”的教学实践

在基础化学综合实验中,教师只提出主要原料和欲制备的产品大类,学生通过查找资料自主设计,用不同的方法、途径制备出所要求产品,并分析几种方法在操作过程、经济及环保等方面各自的优缺点,从而达到培养学生自主创新能力的目的.     

苯胺四聚体-PEG两亲性嵌段共聚物的合成、表征及自组装行为

以二环己基碳二亚胺（DCC）为缩合剂与聚乙二醇单甲基醚（mPEG）反应的产物再与苯胺四聚体（AT）反应得到了两嵌段共聚物. 采用1H-NMR和FTIR分析方法确认了共聚物的结构,UV-Vis及CV的测试结果表明该共聚物具有良好的电活性特征. 用扫描电镜与光散射的方法对粒径大小进行了测量,共聚物在水溶液中可形成直径125 nm左右的均匀球形组装体,并通过透射电镜确定了组装体的实心结构. 当嵌段共聚物处于中间氧化态时,组装体的尺寸会随着溶液pH值的不同而变化. 对组装体的形成及pH敏感性的可能机理进行了讨论.     

构树叶中黄酮类化合物的提取及测定——介绍一个大学综合化学实验

A new comprehensive chemical experiment for college students is introduced. This experiment is from the achievements of scientific research. It includes obtaining absorption spectrum and calibration curve of Rutin, and ultrasonic-assisted ethanol extraction and spectrophotometric determination of flavonoids from Broussonetia papyrifera (L.) Vent. Leaves. The experiment involves several basic analytical chemistry procedures and the effective components in plant sample are analyzed. Through the experiment, the students' experimental skills, comprehensive and innovative abilities are improved; furthermore, the specialty requirements are satisfied in agriculture or forestry universities. Thus, it is recommended to be included in the comprehensive analytical chemistry laboratory for students of non-chemistry majors.     

淀粉接枝聚丙烯酰胺阳离子絮凝剂的合成及应用——推荐一个高分子化学综合实验

介绍一个综合化学实验。实验通过淀粉与丙烯酰胺的接枝聚合反应和阳离子化改性,合成了一种新型淀粉接枝聚丙烯酰胺阳离子高分子絮凝剂,进行了结构表征,以人工模拟染料废水和重金属离子废水为实验对象,探究了合成的聚丙烯酰胺、淀粉接枝聚丙烯酰胺和淀粉接枝聚丙烯酰胺阳离子絮凝剂在废水净化中的应用。本实验理论与实践相结合,有助于激发学生的学习兴趣,培养学生的学科交叉融合思维和分析解决问题的能力。     

P(VAc-MA)/PMMA为基体的聚合物电解质制备及其在电致变色器件中的应用

以醋酸乙烯酯(VAc)和丙烯酸甲酯(MA)为单体, 采用半连续种子乳液聚合法制备了无规共聚物P(VAc-MA), 以PMMA与P(VAc-MA)的共混物为基体制备了聚合物电解质. 用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、紫外光谱(UV)、力学性能测试及电化学交流阻抗等方法研究了聚合物、聚合物膜和聚合物电解质的性质. 结果表明, VAc与MA通过打开各自的CC键聚合生成P(VAc-MA); P(VAc-MA)与PMMA共混后结晶状态发生了变化, 增加了无定形相区, 降低了链段运动的能量壁垒, 提高了热稳定性和拉伸强度. 以P(VAc-MA)/PMMA为基体的聚合物电解质膜具有很高的透明性, 最大室温电导率达到1.17×10-3 S/cm; 离子电导率随着温度的升高而迅速增加, 电导率-温度曲线符合Arrhenius方程; 将此电解质用于全固态电致变色显示器件显示出优良的性能.     

杂化钙钛矿光伏材料的合成及热稳定性研究——推荐一个综合化学实验

介绍了一个综合性化学实验,内容包括一步溶液法制备有机-无机杂化钙钛矿光伏材料、材料结构与形貌表征、吸光系数测定及热稳定性研究。