碳量子点复合材料的制备及其电致变色性能研究

李雪

西安科技大学

摘要：电致变色是指电活性材料在一定的电场作用下,颜色会发生可逆的、持久的变化的现象。影响电致变色器件性能的主要因素是电致变色电极材料,因此寻找高对比度、短的响应时间、高的循环稳定性的电致变色材料成为现在电致变色器件研究的重点之一。本课题的目标是设计并制备复合型电致变色材料,并开展研究工作,期望利用碳量子点的特殊性能来进一步提高有机及无机电致变色材料的性能,获得具有良好的电化学性能以及电致变色性能的复合材料。本文利用碳量子点良好的水溶性、分散性,将其引入到电致变色的体系中,通过原位复合及共价键连接法,得到碳量子点掺杂的电致变色复合材料,复合后,分子间界面相互作用加强材料的电致变色性能。经水热制备得到的碳量子点与聚苯胺进行原位聚合、与普鲁士蓝进行水热复合制备出了高对比度、快速响应的复合材料薄膜,并组装了电致变色器件,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射、X射线光电子能谱、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱等手段对材料的结构和形貌进行了表征,并测试了复合材料的电化学性能以及电致变色性能。最终结果如下:（1）首先,选用“自下而上”的方法制备碳量子点,通过改变不同的氨基、羧基比例以及反应的时间,制备得到的碳量子点通过紫外光谱测试其光学性能,结果显示,随着氨基比例的增加,碳量子点的荧光性能提高,随着反应时间的增加,碳量子点的吸收峰的位置会发生红移,碳化程度更高,说明其导电性也越好。（2）将碳量子点与有机电致变色材料复合,选取应用最广、研究最多的聚苯胺,通过原位聚合法,将碳量子点与聚苯胺杂化,通过XPS测试发现C、N、〇三种元素所对应的峰的位置均朝着结合能高的方向移动,也说明了碳量子点与聚苯胺的成功复合。（3）将水热制备的碳量子点与普鲁士蓝复合,采用水热法选用二水合柠檬酸三钠为辅助剂首先制备了同一温度不同反应时间的普鲁士蓝薄膜。随着反应时间的增长,普鲁士蓝薄膜的对比度加大,电化学性能增强,着色时间变短,这与阻抗图谱中反应时间越长的薄膜具有较小的电荷转移电阻和离子扩散电阻相对应。其次,以柠檬酸三钠为辅助剂,将不同比例碳量子点与普鲁士蓝复合,制备得到的复合薄膜在外观上呈现由浅到深的蓝色。随着碳量子点的增加,复合薄膜的电化学性能及电致变色性能也随之提高。（4）以葡萄糖为辅助剂,将不同比例碳量子点与普鲁士绿复合,制备得到的复合薄膜在外观上呈现多色,通过扫描电镜能谱分析,随着碳量子点的增加,复合材料中碳元素的质量百分数和原子百分数也随之增加,XPS中Fe、N、C元素的结合能也均向高的方向移动,说明了碳量子点与普鲁士蓝的成功复合。且随着碳量子点添加量的增加,可实现从黄色到蓝色的变化。制备得到的复合薄膜的电化学性能以及电致变色性能均有明显的提升,对比度显著增大。
 
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