双噻吩并吡咯聚合物的制备及其电致变色性能研究

【摘要】：电致变色材料是指在外电信号作用下能够发生光学特性变化的材料,在很多领域都有广阔的应用前景,例如智能窗、显示器、电子纸和军事伪装等,因此受到了广泛的关注。为了制备理想的电致变色材料,研究人员通过单体共聚和引入官能团的方法设计合成了大量的导电聚合物。其中双噻吩并吡咯衍生物以其良好的光电化学性能,兼有聚噻吩和聚吡咯的共同优点,又能够防止过氧化现象发生,成为主要的研究对象之一。本论文通过在苯环的对位引入不同的官能团,合成了四种芳香类双噻吩并吡咯衍生物单体,并采用红外光谱和核磁共振测试方法确认了其结构。采用电化学聚合法在三氟化硼乙醚(BFEE)溶液中分别将四种单体成功聚合于ITO导电玻璃上,制备得均聚物薄膜,并对薄膜进行表面形貌、电化学性能和光电性能表征。通过对阳极极化曲线和循环伏安曲线分析,芳香类噻吩并吡咯衍生物拥有较低的氧化电位。在不同的电压作用下,聚合物薄膜显示出不同的颜色,主要从黄色到蓝色,再到蓝紫色变化,相应的光谱吸收也发生了变化。与1-(4-甲基苯)-2,5-二噻吩并吡咯(PSNSCH3)、1-(4-氯苯)-2,5-二噻吩并吡咯(PSNSCl)相比,1-(4-硝基苯)-2,5-二噻吩并吡咯(PSNSNO2)拥有更高的光密度差值和着色效率以及更快的转换速率,但其与ITO导电玻璃之间粘附不牢固。本论文还采用共聚调节的方法以改善双噻吩并吡咯衍生物的电致变色及光电化学性能,即将PSNSNO2分别与单体3,4-乙烯二氧噻吩、噻吩、硒吩进行共聚。循环伏安聚合曲线、X-射线光电子能谱和能量色散谱表明了共聚物薄膜的成功聚合,并通过循环伏安测试、紫外光谱、扫描电镜等测试手段表征其电致变色及光电化学性能。研究表明共聚物薄膜都能被很好的固定在ITO玻璃电极上,改善了PSNSNO2与电极间粘附不牢固的问题。共聚物P(SNSNO2-co-EDOT)可以实现褐色(还原态)、黄绿色(中间态)到浅蓝色(氧化态)的颜色变化;P(SNSNO2-co-Th)可以实现四种颜色变化,分别为橙黄色、黄色、浅绿色和浅蓝色;P(SNSNO2-co-SE)展现出了丰富的颜色变化,能够实现橙黄色、深黄色、黄绿色、绿色、蓝色与蓝紫色之间的转换。与P(SNSNO2-co-EDOT)和P(SNSNO2-co-Th)相比,P(SNSNO2-co-SE)拥有较快的转换速率、更高的着色效率和更好的电化学稳定性,在电致变色材料领域有广阔的应用前景。
【关键词】：导电聚合物 电致变色 双噻吩并吡咯衍生物 共聚 硒吩 三氟化硼乙醚
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ317