基于普鲁士蓝的柔性自供能电致变色器件的构建及活性氧分析传感应用

Electrochromism can lead to numerous applications. However, most of conventional electrochromic device (ECD) need external biases to operate, and lack of flexibility and multifunctional uses. To address the above-mentioned critical issues, in this project, self-powered flexible ECD based on Prussian blue is innovatively developed, which can be used for luminescence switches and visual sensitive detection of reactive oxygen species (ROS). Firstly, flexible polymer modified with conductive nanowires will be fabricated, and used as working electrode for Prussian blue electrodeposition, then combining with Mg or Al electrode for self-powered ECD developed. Such self-powered ECD possesses several advantages, such as good flexibility, apparent luminescence contrast, large reproducibility and reversibility, and long-time stability. More importantly, the developed self-powered ECD can also be utilized for visual sensitive sensing of ROS. In addition, the progress of this project provides new protocol for multifunctional self-powered flexible ECD fabrication, and can be easily extended to flexible ECD design.

电致变色器件在诸多领域有广泛应用，但是传统电致变色器件一般需要额外电位刺激进行调控，且器件柔性差、功能单一。为解决这些关键问题，本项目创新性发展了基于普鲁士蓝的柔性自供能电致变色器件，并用于活性氧（ROS）分析检测。首先，合成柔性、透明、导电的负载金属纳米线的聚合物基底，并以此为工作电极制备普鲁士蓝电致变色材料。选用金属电极为阳极，所制备电致变色层为阴极构建基于化学能供能的柔性自供能电致变色器件。该器件柔性好、显色对比度大、发光转换速率快、性能稳定、抗疲劳性高。另外，基于普鲁士蓝的柔性自供能电致变色器件还可用于ROS的高灵敏度、可视化、便携式检测。总之，本项目将对实现自供能电致变色器件的多功能化应用及拓展电致变色技术在柔性设备中的应用具有重要意义。

大多数传统电致变色器件通常受限于需要额外电位刺激进行调控，且器件柔性差、功能单一等问题，本项目通过合理设计，构筑了以太阳能和化学能等能源驱动的电致变色器件，摆脱了对外部供能的依赖，实现了电致变色器件的自供能设计；发展了柔性电致变色器件，并最终实现了电致变色器件的多功能应用。本项目主要取得了如下重要进展：（1）引入苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）柔性基底并结合金纳米线（AuNW）和普鲁士蓝（PB）协同催化的机理构筑了基于SEBS/AuNW/PB的柔性纤维材料的制备及用于H2O2和尿酸的可视化检测；（2）以杂多酸（POMs）电致变色材料为阴极、以活泼金属Mg为阳极，利用Mg和POMs之间的电势差，构筑了自供能电致变色器件，在快速变色的同时实现了快速自充电、高功率密度输出和ROS可视化检测；（3）以普鲁士蓝/普鲁士白反应为核心反应，通过与Pt催化的氧气还原半反应组成回路实现对器件进行充电，与Fe2+/Fe半反应组成回路实现放电过程，构筑了自驱动的多色电致变色能量存储器件；（4）首次将电致变色材料POMs和荧光组分制成电致变色粘合剂，以钙钛矿太阳能电池为能量来源，以Mg/POMs为储能材料，构筑了自供能的荧光电致变色器件。通过对阴阳极材料的选择优化，提高了发光器件的显色效果和转换速率，为电致变色器件微型化及智能化提供基础。本项目为新型自供能电致变色器件以及柔性电致变色器件的设计和开发提供了新的思路，也为电致变色器件的多功能应用提供了一定的基础。