以金屬超分子高分子及非共軛奈米片狀結構製備電致色變元件

Abstract

" 近年來，越來越多關於金屬超分子高分子材料的電致色變應用的研究出現，主要是因為其具有非常鮮明之顏色變化以及良好的電致色變性質，使得此類材料的應用潛能充足。 本研究第三章以釕金屬超分子高分子作為電致色變材料，利用酸化修飾過之碳材，可藉由此添加之碳材可幫助，達到便利之改善方法。與未經過添加的釕金屬超分子高分子對比後，可以發現前者在不影響電化學及光學的情況下，記憶效應之表現上均具有明顯的改善。為了將此經添加碳材的釕金屬超分子高分子應用於電致色變元件上，一種普魯士藍類似物材料奈米六氰鐵化鎳被選用於搭配製備出電致色變元件。釕金屬超分子高分子在作為電致色變材料時，其操作電壓較其他金屬超分子高分子大，因此選用此對電極可有效降低其操作電位窗。此元件在二極式系統0 V與 1.3 V的操作下具有57.0%之光學穿透度變化、快速的著去色響應時間( < 1s)，並在具有高穩定性(5,000圈操作後仍保持其最初94.9%之光學度穿透度變化)。 本研究的第四章，近年來二維奈米片狀材料逐漸吸引注意，其規整的結構及良好的表現在各領域都有顯著的結果。其中，非共軛奈米片狀結構亦在此基礎上發展出新的方向，憑藉金屬超分子高分子本身隨著有機配體及金屬的種類不同而改變之特性，其易於修飾之分子結構及具有良好之電化學表現受矚目。本章利用2,2'-聯吡啶為配位基，合成出三向之有機配體並與鐵離子反應形成奈米片狀鐵金屬超分子高分子。在研究過程中發現其較其他鐵金屬超分子高分子有著截然不同之光學表現(粉紅色↔淡綠色)，且其規整之結構與不溶於絕大多數溶液之特性大大提升其穩定性及利用條件。此材料作為電致色變材料表現出優秀的光學表現(40.4%之穿透度變化)、高著色效率(201.5 cm2/C)以及作為全固態電致色變元件保有高穩定性( 3,000圈後仍保有其最初91.6%之穿透度變化)。 本研究的第五章中，基於第三章對於金屬超分子高分子及第四章對於有機合成反應之基礎，為了彌補其在其他波段的光學吸收，增加其吸收區間，利用有機合成方式將紫精作為中間連接物，以此合成嶄新的金屬超分子高分子配體。紫精被選用為中間連接物因其與金屬超分子高分子的吸收區段不同且皆為還原著色之材料，此外，藉由將紫精作為中間連接物可使其作為薄膜態電致色變材料於應用上。在研究過程中利用苯基紫精作為中間連接物觀察其對於鐵金屬超分子高分子之影響。經過實驗的設計發現其所出現的特別的電化學現象及陰離子之影響，並思考出改進的方式，最終確定其所適合之操作條件。在三極式操作下，此電致色變材料展現全波段的吸收外，還同時具備紫精以及金屬超分子高分子的電變色表現，使其擁有多種的顏色變化(淡灰色↔紫色↔紅棕色)。此外，其在各個吸收波長上(λmax = 451, 578, 703 nm)，皆具有高穿透度變化以及優秀的著色效率。在組成元件部分，乙二醇電解質限制了對電極的選擇。本研究中改以水相電解質嘗試解決此問題，然而過高的操作電位會導致副反應發生而降低穩定性。"