基于含脲咪唑盐的新型黑色电致变色体系

doi:10.7503/cjcu20230226

高等学校化学学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (11): 20230226.doi: 10.7503/cjcu20230226

基于含脲咪唑盐的新型黑色电致变色体系

黄志康, 王彤彤, 陈雨静, 黄世玉, 王佳佳, 郭君年, 于洋()

嘉兴南湖学院新材料工程学院, 嘉兴 314001

收稿日期:2023-05-06 出版日期:2023-11-10 发布日期:2023-07-29
通讯作者: 于洋 E-mail:yuyang@jxnhu.edu.cn
基金资助:
嘉兴南湖学院大学生科研训练计划项目(8517223194);嘉兴南湖学院校高层次人才启动经费(QD61220019)

Novel Black Electrochromic System Based on Urea-imidazolium Salts

HUANG Zhikang, WANG Tongtong, CHEN Yujing, HUANG Shiyu, WANG Jiajia, GUO Junnian, YU Yang()

College of Advanced Materials Engineering，Jiaxing Nanhu University，Jiaxing 314001，China

Received:2023-05-06 Online:2023-11-10 Published:2023-07-29
Contact: YU Yang E-mail:yuyang@jxnhu.edu.cn
Supported by:
the Student Research Training Program of Jiaxing Nanhu University, China(8517223194);the Start-up Funds of Jiaxing Nanhu University, China(QD61220019)

摘要/Abstract

摘要：

电致变色材料在智能窗、防眩目后视镜及反射型显示等领域具有重要的应用价值. 但是, 电致变色材料的响应速度和稳定性等性能仍不理想, 如何开发出具有高稳定性以及快速光学切换速度的电致变色体系仍面临挑战. 本文基于质子耦合电子转移机制与可逆“电致酸碱”方法, 将具有高离子导电率与高稳定性的咪唑类离子导电材料引入到含脲“电致酸”中, 并将其与黑色素（ODB-2）结合, 设计并构筑了一种新型的黑色电致变色体系. 这一体系兼具离子导电材料与电致变色材料的优势, 在电场的驱动下, 颜色可在无色与黑色之间稳定、可逆地切换. 本文为开发稳定的电致变色体系提供了一种新的方案, 有助于推进电致变色材料的应用化进程.

关键词: 黑色电致变色体系, 离子导电, 电致酸碱, 含脲咪唑盐

Abstract:

Electrochromic（EC） materials have applications in smart windows， anti-glare rearview mirrors， reflective displays， etc. However， the performances of EC materials， such as their response speed and stability， are still not ideal. Thus， developing EC systems with high stability and fast optical switching speed is currently a serious challenge. In this paper， based on the proton-coupled electron transfer mechanism and the reversible “electroacid/base” method， we introduced imidazole-based ion-conducting structures with high ion conductivity and stability into urea-containing “electrochroacid”， and combined them with 2-anilino-6-dibutylamino-3-methylfluoran （ODB-2） to design and construct a novel black EC system. This newly developed system combines the advantages of ion- conducting materials and electrochromic materials. Under a suitable electric field， the color can be stably and reversibly switched between colorless and black. This paper provides a new approach for developing stable EC systems， which can help promote the application of EC materials.

Key words: Black electrochromic system, Ionic conductvity, Electroacid/base, Urea-imidazolium salt

中图分类号:

O626

TrendMD:

黄志康, 王彤彤, 陈雨静, 黄世玉, 王佳佳, 郭君年, 于洋. 基于含脲咪唑盐的新型黑色电致变色体系. 高等学校化学学报, 2023, 44(11): 20230226.

HUANG Zhikang, WANG Tongtong, CHEN Yujing, HUANG Shiyu, WANG Jiajia, GUO Junnian, YU Yang. Novel Black Electrochromic System Based on Urea-imidazolium Salts. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(11): 20230226.

图/表 8

Fig.1 IR spectra of the Urea⁃IL(Urea⁃IL⁃BF4) and Urea⁃IL before ion exchange process(Urea⁃IL⁃Cl)

Fig.2 Structure of a thin⁃layer quartz electrochemical cell used to measure the redox states in solution in situ

Fig.3 Structures of Urea⁃IL and ODB⁃2(A) and cyclic voltammetry diagrams of 1.0×10-3 mol/L Urea⁃IL and 1.0×10-3 mol/L ODB⁃2 with 0.1 mol/L TBAPF6 in CH3CN, respectively(B)

Fig.4 UV⁃Vis absorption spectra of 1.0×10-5 mol/L ODB⁃2 added different concentrations of CF3COOH in CH3CN

Fig.5 CV curves(50 mV/s)(A) and in⁃situ absorbances at 450 nm(B) and 580 nm(C) of 1.0×10-4 mol/L ODB⁃2, 1.0×10-4 mol/L Urea⁃IL and the mixture of 1.0×10-4 mol/L ODB⁃2 and 1.0×10-4 mol/L Urea⁃IL with 0.1 mol/L TBAPF6 in CH3CN

Fig.6 UV⁃Vis absorption spectra of 1.0×10-4 mol/L ODB⁃2(A), 1.0×10-4 mol/L Urea⁃IL(B) and the mixture of 1.0×10-4 mol/L ODB⁃2 and 1.0×10-4 mol/L Urea⁃IL(C) with 0.1 mol/L TBAPF6 in CH3CN, when a voltage(0.5 V) was applied with various time

Fig.7 Cycling stability of the mixture of 1.0×10-4 mol/L ODB⁃2 and 1.0×10-4 mol/L Urea⁃IL with 0.1 mol/L TBAPF6 in CH3CN(0.5 V for coloring, -0.2 V for bleaching)(A) λ=450 nm; (B) λ=580 nm. Inset in (B) is physical display of the mixture at bleached state and colored state.

Fig.8 Responsiveness comparison between the electrochromic systems based on Urea⁃Cl and Urea⁃IL with the same concentrationB for bleached state, C for colored state. (A) λ=450 nm; (B) λ=580 nm.

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