导电聚合物PEDOI的电合成及其电致变色性能

摘要

聚吲哚及其衍生物是一类极为重要的电致变色材料，它具有颜色变化明显、响应时间快、着色效率高、制作成本低廉、易设计加工等优良性能，因而成为了电致变色研究领域的工作重点之一。4,5-二氧乙撑吲哚(EDOI)是一种新型吲哚类衍生物，电化学聚合法是制备PEDOI的主要研究方法之一。本文主要研究了EDOI在不同溶剂中的电化学聚合，制备了PEDOI以及导电石墨烯/聚(4,5-二氧乙撑吲哚)复合材料(ERGO/PEDOI)，并对PEDOI以及ERGO/PEDOI进行了表征，研究了其电致变色性能以及在电致变色器件中的应用。
　　1.在三氟化硼乙醚(BFEE)溶剂中，采用电化学聚合法直接电化学氧化EDOI，制备了高性能的具有自支撑性质的聚合物薄膜—PEDOI。在该溶液中得到的聚合物薄膜具有良好的电化学活性、电化学稳定性以及热力学稳定性，电导率为0.21S cm-1。利用傅里叶变化红外光谱分析法探讨了该聚合物发生聚合反应时可能的聚合位点，此外还对聚合物的荧光性能、表面形貌进行了研究。固体荧光光谱测试表明，PEDOI不同于其他吲哚类衍生物，它是一种性能优异的黄色发光材料。
　　2.光谱电化学研究表明，在三氟化硼乙醚中制备的PEDOI可随电压的变化在棕黄色和翠绿色之间进行变换。动力学研究表明，PEDOI的着色效率为126cm2 C-1，高于其他吲哚类衍生物。基于PEDOI和聚(3,4-二氧乙撑噻吩)(PEDOT)，构建了电致变色器件(ECD)。研究显示，该器件能够在深绿色和深蓝色之间变化，并且具有较高的着色效率(586cm2 C-1)，快的响应时间(1.9s at1320nm)、高的光对比度(35％at616nm)、优良的开路记忆效应和环境稳定性。
　　3.在四氟化硼四丁基铵(TBATFB)作为电解质的二氯甲烷(CH2Cl2)溶液中，采用电化学聚合的方法将EDOI成功聚合在了石墨烯修饰的玻碳电极的表面，制备了一种具有纳米结构的ERGO/PEDOI复合材料。运用循环伏安法对该复合材料进行表征，发现该复合材料与PEDOI相比，具有更低的氧化电位、更高的峰电流密度和更好的导电性。利用扫描电镜表征形貌，发现电化学还原的石墨烯表面有轻微褶皱，呈片层结构，而复合材料则呈现出由完整纤维构成的纳米结构。
　　4. ERGO/PEDOI复合材料的光谱电化学实验表明，该复合物能够随电压变化在黄色(-0.2V)和草绿色(1.0V)之间变化。动力学研究表明，ERGO/PEDOI复合物在590nm波长下的光对比度为34%，从还原态到氧化态的响应时间为0.7s，从氧化态到还原态的响应时间为1.0s。利用其制作的ERGO/PEDOI/PEDOI器件能够在浅绿色(-0.3V)和湖蓝色(1.3V)之间变化，光对比度为41%，着色效率为604cm2 C-1。这些优良的性能极大地拓展了石墨烯/导电聚合物复合材料在电致变色器件领域的应用。