浙工大张诚教授团队《ACS AMI》：基于热交联共聚物的透明-多色、快速响应、高循环稳定性的电致变色器件

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近年来，电致变色技术在智能窗、电子标签、显示器、军事伪装等领域得到了广泛的研究与应用。聚合物电致变色（PEC）材料作为一种备受关注的新型功能材料，在实际应用中对其中性态透过率、颜色对比度、循环稳定性等电致变色性能提出了更高的要求。制备高性能PEC材料，最终满足实用化的需求成为当前研究领域的重大挑战。

浙江工业大学张诚教授团队在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上发表了题为“Colorless to Multicolored, Fast Switching, and Highly Stable Electrochromic Devices Based on Thermally Cross-Linking Copolymer”的文章（DOI：10.1021/acsami.1c10089）。将苯乙烯交联基团引入到三苯胺衍生物体系中，通过热聚合反应在FTO电极表面原位制备了结构稳定的电致变色交联聚合物P(TPA-OCH₃)和P(TPA-CN)。利用苯乙烯热引发聚合反应制备的聚合物薄膜具有以下优点：第一，苯乙烯热交联无需任何引发剂，有效避免了杂质的引入；第二，苯乙烯在200℃以下直接形成刚性交联薄膜，可以防止聚合物骨架在离子掺杂/脱掺杂过程中的体积变化，避免因体积变化或降解引起的稳定性下降，从而提高结构稳定性；第三，原位成膜使薄膜与电极间的结合力高，避免了测试过程中因薄膜脱落而造成的稳定性衰减的现象。同时，为实现透明-多色变化，通过热交联共聚方式制备了共聚物P(TPA-OCH₃-co-TPA-CN)，并以此为活性层组装了全固态电致变色器件，该器件在不同电压下表现出透明-橙色-蓝色-紫色的多色变化，在680 nm处具有57.8%的高光学对比度，快速的响应时间（0.52 s和0.66 s）和优异的循环稳定性（循环30000次后对比度仍保留80%以上）。证明了基于热交联共聚的方式制备高性能PEC材料及器件的有效性，其在智能窗、智能眼镜和电子纸等领域具有潜在的应用价值。

图 1. 单体TPA-OCH₃和TPA-CN的 (a) 循环伏安曲线；(b) 理论计算；(c) P(TPA-OCH₃)和 (d) P(TPA-CN)的循环伏安曲线

图 2. (a) P(TPA-OCH₃)和 (b) P(TPA-CN)在不同电压下的光谱电化学图

图 3. (a) P(TPA-OCH₃-co-TPA-CN)共聚物薄膜的循环伏安曲线； (b) 共聚物可能的电化学氧化顺序示意图

图4. 全固态电致变色器件的 (a) 光谱电化学曲线 (b) 光学对比度和相应的时间-电流曲线 (c) 响应时间 (d) 循环稳定性 (e) 不同氧化电位下的照片

浙江工业大学化学工程学院副研究员吕晓静为论文第一作者。此研究得到国家自然科学基金等资助支持。

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https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.1c10089

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