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院士領銜！西北工業大學/北京大學孟鴻教授團隊 Nat. Commun.：黑色電致變色材料的設計合成方案用于汽車全景天窗

2024-10-03 來源：高分子科技

黑色至透明的電致變色被譽為有機光電子學的圣杯，盡管潛力巨大，但設計出能完全吸收可見光的黑色電致變色材料仍是一項重大挑戰，同時具有出色的循環穩定性、快速響應時間和高著色效率的電活性材料并不多見。

2024年9月30日，西北工業大學黃維院士、北京大學深圳研究生院孟鴻教授團隊合作在Nature Communications期刊發表題為“High-Performance Black Copolymers Enabling Full Spectrum Control in Electrochromic Devices”的研究論文，西北工業大學陳定輝為論文第一作者，孟鴻教授為論文通訊作者。西北工業大學為第一單位。

該研究通過合理選擇四種單體，成功設計了能夠完全吸收整個可見光譜的共聚物。通過加入兩種極性側鏈來協同增強共聚物的離子電導率，從而提高了電致變色器件（ECDs）的性能。在這些電致變色器件中，P2-a器件的循環穩定性超過了10⁵次，P2-c器件的著色/褪色時間為0.82秒/0.86秒，著色效率達到了1078 cm2/C。該研究提出了一種設計和合成高性能黑色電致變色（EC）共聚物的策略。

為了解決可見光光譜吸收不足的問題，研究人員創新性地引入了螺芴，并在ProDOT單元上接枝了富電子基團（醚鏈），而不是使用傳統的烷基取代芴單體單元。該方法使得能夠通過四元共聚合成出具有寬吸收范圍的共聚物。通過精心優化合成條件并策略性地調整ProDOT和螺芴單體的濃度，成功合成了具有最佳光學和電化學特性的黑色共聚物。在共聚物的開發過程中，巧妙地利用了三基色設計原理，從而獲得了具有出色色彩飽和度和穩定性的黑色EC材料。最后，將酯和三甘醇（TEG）側鏈加入共聚物中，通過協同效應增強其離子電導率，這對綜合EC性能至關重要。該研究提出了一種設計高性能黑色EC共聚物的策略，為共EC技術的進步做出了重大貢獻。

圖1 共聚物的紫外可見光譜和能級

圖2 ECDs的結構和性能

圖3 ECDs的照片和CV曲線

該工作是團隊在電致變色材料和器件制備方面的最新進展。研究中開發的黑色電致變色材料在汽車全景天窗中的應用前景尤其令人期待。隨著全球對節能和環保的要求不斷提升，智能天窗等技術已成為建筑節能的重要方向之一�？傊撗芯孔C明了在隨機直接C-H芳基化聚合過程中，通過簡單調整不同單體類型的進料比，可以精確控制共聚物的吸收光譜。通過精心優化合成條件和四種單體的進料比，初步確定了在可見光區域合成全吸收共聚物的進料比：F = 0.25當量，P = 0.5當量，B = 0.25當量。總之，該研究代表了高性能黑色EC材料設計的重大進展，并為包括有機光伏和傳感器技術在內的各種應用提供了解決方案。該研究開發的策略和方法為進一步推動EC材料及其多樣化應用領域的發奠定了基礎。

通訊作者簡介：

孟鴻，北京大學深圳研究生院教授，國家級人才。專注于有機電致發光（OLED）材料與器件制備工藝、有機電致變色材料器件及超級電容器、有機薄膜晶體管（OTFT）材料器件及有機光電傳感（OPD）、柔性可拉伸電子材料器件、鈣鈦礦/量子點及能源相關材料器件等研究。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52430-2

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（責任編輯：xu）

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