基于蒽醌单元的COF/碳纳米复合电致变色材料制备及性能研究

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现代高层建筑玻璃幕墙的大量使用,造成了能量损失大和采光不足等方面的问题,电致变色技术可以实现节能调光,因而逐渐受到人们的重视。不同类型的电致变色材料均具有自身的局限性,导电聚合物电致变色材料最主要的问题在于稳定性较差。共价有机框架(COFs)材料作为一种类导电聚合物结构的新型骨架材料,具有比表面积大、孔径可调、稳定性高等优点,我们以其为活性材料开展在电致变色领域的应用。在本文中,我们以2,6-二氨基蒽醌(DAAQ)和1,3,5-三甲酰间苯三酚(TFP)为原料,采用席夫碱反应来合成COFs材料。同时,针对COFs材料导电性不足,我们分别将其与碳纳米管或氧化石墨烯复合,成功制备了具有界面共价键连接的复合电致变色材料。进一步探讨碳纳米材料(氧化石墨烯、碳纳米管)对COF材料性能的影响,以及两种材料间的相互协同作用。具体采用SEM、TEM、Raman、XRD、FTIR、TGA以及氮气吸脱附等手段表征了材料的显微形貌、结晶性、热稳定性、比表面积及孔径等;又通过CV、UV、阻抗测试以及动力学测试手段探究了材料的电化学和电致变色性能,具体结果如下:我们成功制备了DAAQ-TFP COF材料,得到最佳的实验合成条件为90℃、逐滴滴加(2滴/min)、溶剂热法反应4 h。随后采用溶剂热法制备了CNT-COF复合电致变色材料,结果显示复合材料具有更优异的热稳定性能和电化学活性,其中1%CNT-COF性能最优,对比度较纯体系增大了17.4%,循环测试1800 s后对比度依旧为原来的114.5%。我们采用相同的方法制备了GO-COF复合电致变色材料。随着F-GO的加入,复合材料的对比度、CV包围面积均呈现先增大后减小趋势,测试结果可知:2%GO-COF性能最优,与纯的COFs材料相比,对比度增大了41%。循环测试1800 s后薄膜材料的对比度依旧为原来的108.9%,远远大于纯体系的稳定性。
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