不对称烷基化紫精的电致变色性能研究及其在全凝胶智能窗器件中的应用

研究人员针对智能窗应用需求，开发了基于不对称烷基化紫精（AS-BNZ-P Vio）的全凝胶电致变色器件（EC）。通过将紫精与PVA凝胶基质和铁氰化钾氧化还原介体复合，实现了67%-82.3%的光学对比度、126.6 cm2/C的着色效率及3.0/0.3 s的快速响应，为节能智能窗提供了高性能解决方案。

　　

随着全球对节能材料需求的增长，智能窗技术因其可动态调节光线和热量的特性成为研究热点。电致变色（EC）材料作为核心组件，能够通过外加电场实现可逆的光学性质变化，但传统无机材料存在颜色单一、有机材料则面临稳定性差等问题。紫精类化合物（Viologens）因其高着色效率和分子可设计性备受关注，但器件多层结构导致的电荷传输障碍和电解质泄漏风险制约了其应用。

针对这些挑战，德里大学卓越研究所（Institution of Eminence, University of Delhi）的Amarjeet Kaur和Amit Kumar团队设计了一种不对称烷基化紫精1-苄基-1′-戊基-[4,4′-联吡啶]-1,1′-二溴化物（AS-BNZ-P Vio），并将其与聚乙烯醇（PVA）凝胶电解质、铁氰化钾（K₃[Fe(CN)₆]/K₄[Fe(CN)₆]）氧化还原介体集成，构建了“全凝胶一体化”电致变色器件。该研究发表于《Synthetic Metals》，通过简化器件结构，同时解决了电解质泄漏和电荷传输效率问题。

研究采用核磁共振（NMR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证了AS-BNZ-P Vio的合成，通过循环伏安法（CV）、计时电流法和原位紫外-可见光谱分析了器件性能。结果显示，该器件在359 nm、466 nm、650 nm和750 nm波长处分别实现67%、70.5%、70.6%和82.3%的光学对比度，着色效率达126.6 cm²/C，且着色/褪色时间仅需3.0/0.3秒。铁氰化钾介体通过可逆电子转移（V²⁺ ? V^+• ? V⁰）显著提升了反应动力学。

<材料与合成>
FTIR光谱中3000 cm^-1附近的CH键振动峰和1600 cm^-1的联吡啶环伸缩振动证实了AS-BNZ-P Vio的成功合成。NMR氢谱中苄基质子峰（5.8 ppm）和戊基质子峰（0.9-1.8 ppm）进一步验证了分子结构。

<电化学与光学性能>
CV测试显示，-0.8 V和-1.2 V的还原峰对应紫精的V²⁺→V^+•→V⁰转变。原位光谱表明，还原态V^+•在466 nm和750 nm处产生强烈吸收，导致器件从无色变为深蓝色。经过1000次循环后，器件仍保留52%的光学对比度和61%的电流密度。

这项研究通过分子设计和器件结构创新，实现了高性能全凝胶电致变色器件，其快速响应、高对比度和长循环寿命为智能窗的大规模应用奠定了基础。德里大学团队的工作不仅拓展了紫精类材料的应用场景，也为开发低成本、易加工的有机电致变色器件提供了新思路。