基于共价键导向构建具有强界面相互作用的导电聚合物/量子点纳米复合电致变色材料

Enhanced electronic conduction (conduction) and ionic transportation(mass transfer) are key issues for electrochromic device, but the conduction and mass transfer processes of the pure conducting polymer or inorganic material are limited by its structure. In this project, we have demonstrated a covalent coupling method to prepare organic-inorganic composites by using conductive polymer as host matrix and quantum dots (QDs) as guest materials, in which QDs are anchored into the conductive polymers with high electron mobility. In this hybrid, the closely interface of the two phase provide direct pathways for electrons conduction. Moreover, the morphology of conductive polymer is regulated by the unique structure of QDs, which are convenient for the transformation of the ionic, thus improving the electrochormic performance of the device and achieving an effective integration of QDs with conductive polymer. Furthermore, we explore the causality between covalent interfaces and conduction and mass transfer processes. On the basis of electrochromicdetection, the electronic conduction process between two phases of composites willbe discussed to study the enhancement mechanism of QDs andinterfacial covalent bonding on the electrochromic properties of polyaniline. The implementation of this project will greatly promote the practical use of conductive polymer/QDs composites in optoelectronic and energy area.

如何提高电子传导（传导）与离子传输（传质）是电致变色器件的关键问题。在单一组分电致变色体系中，因传导和传质过程受到材料结构限制，难以同时实现高传导与高传质。本项目选择具有高电子迁移特性的量子点作为导电聚合物电致变色材料的客体，利用共价键导向复合法将量子点锚定在导电聚合物结构中，获得紧密而稳定的相界面，为电子传导提供高速通道，并利用量子点调控聚苯胺的聚集态结构来促进离子的传输，达到同时改善传导和传质过程，实现量子点与导电聚合物结构和性能的有效结合。从合成-结构-性能各个环节着手，探讨导电聚合物与量子点两相界面的电子传导过程与能级结构及光电性能间的关联关系。在此基础上,通过电致变色性能的测试，从理论上阐明量子点纳米结构和共价键导向复合法对导电聚合物电致变色性能的影响机制。本项目的研究为形貌和结构可控的导电聚合物基量子点纳米杂化材料的合成提供一些新的方法，促进该材料在光电和能源领域的应用。

电子传导与离子传输是影响电致变色器件性能及大规模应用的关键问题。本项目将量子点与导电聚合物进行复合，利用量子点高电子迁移特性与导电聚合物的相互作用来增强二者之间的电子传导性能；采用原位复合方法获得紧密而稳定的相界面，为电子传导提供高速通道，研究量子点的种类及聚集态结构对导电聚合物及复合材料性能的影响达到同时改善传导和传质过程。. 主要结果与关键数据如下：. 1. 选用CdTe QDs 作为研究对象，研究了量子点与导电聚合物聚苯胺的复合，并对材料的结构、形貌和性能进行了表征。由于CdTe QDs表面的巯基基团不稳定，在复合之后荧光猝灭引起量子点性能的变化，因此电致变色性能结果没有取得预期效果。. 2. 在进行量子点/聚苯胺复合材料的制备过程中，由于CdTe QDs的不稳定，因此借鉴了无机金属氧化物半导体材料的电致变色性能研究，并选取氧化还原石墨烯(RGO)作为无机相，研究其与聚苯胺聚合后得到的RGO/PANI的电致变色性能的变化。. 3. 在研究RGO/PANI的基础上，进一步选用同样为碳材料的碳量子点与聚苯胺复合，得到了理想的结果，结果显示，碳量子点与聚苯胺复合后形成的材料组装成电致变色器件呈现出增强的电致变色性能。量子点/聚苯胺较纯的聚苯胺电荷转移电阻大幅降低，对比度和着色效率有了明显提升。. 4. 由于电致变色材料与超级电容器材料在电化学性能方面有有高度的相似性，我们也将制备的材料进行了超级电容性能研究。以期得到更多关于无机及有机材料内在的关联关系研究。. 本项目的研究为量子点与导电聚合物复合材料的研究提供了一些研究基础，对于研究量子点与导电聚合物的研究工作具有一定的意义。