近期,蔡国发教授、赵伟利教授及新加坡南洋理工大学Lee Pooi See教授课题组合作的研究成果《Processable nanoarchitectonics of two-dimensional metallo-supramolecular polymer for electrochromic energy storage devices with high coloration efficiency and stability》在Nano Energy (Nano Energy 2023, 110, 108337)上发表。目前该杂志影响因子为19.069,JCR一区,文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128552300174X。
金属-超分子聚合物是电致变色材料的重要组成。目前,金属-超分子聚合物主要是通过液—液界面法合成的。采用该方法制备的材料存在尺寸大小受限和与基底结合力不牢导致循环性能较差的问题。开发可大面积制备且循环稳定性好的金属-超分子聚合物是该领域的巨大挑战。针对于此,本项工作采用“一锅法”合成金属-超分子聚合物(MSP-Fe),可以实现“克”级的产物制备;基于MSP-Fe溶液,进一步采用静电喷涂实现了大面积材料薄膜的制备。其中,所制备的MSP-Fe薄膜表现出优异的电致变色性能:高的光学对比度(> 71.7%),快的转换速度(< 1.5 s)及高的着色效率(1103.9 cm2 C−1);且薄膜在电化学循环10000次后,光学对比度仅仅衰减了3%,表明了其良好的循环稳定性。该材料优异的电致变色性能主要归因于该分子骨架的共轭结构有利于电子传输和孔结构有利于离子传导的协同效应。进一步的动力学研究表明,电容行为主导了该电化学反应过程,且MSP-Fe也表现出良好的储能行为。此外,基于MSP-Fe所制备的电致变色器件也表现出均匀、快速、高效的变色行为和储能行为。所制备的器件在储能条件下可以驱动外部负载,且可以通过不同颜色显现器件不同的储能程度。总之,该金属-超分子聚合物的合成方法和薄膜制备工艺为构筑大面积电致变色储能器件的发展提供了有效途径。
特种功能材料重点实验室硕士生刘世友、魏聪源老师和硕士生王瀚为本论文共同第一作者,张健老师、新加坡南洋理工大学Lee Pooi See教授与蔡国发教授是本文的共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委和河南大学的大力支持。