电化学合成聚噻吩薄膜的厚度效应对电致变色性能及光电流响应的调控机制研究

本研究通过电化学聚合法制备不同厚度（PTH200-PTH500）的聚噻吩（PTH）薄膜，系统探究了沉积时间对电致变色性能（如响应时间、光学对比度、着色效率）及光电流响应的影响。结果表明，PTH500薄膜展现出最优性能（光学对比度49.1%，着色效率343.4 cm2 C-1），其低电荷转移电阻和快速离子扩散机制为高性能电致变色器件设计提供了新思路。

　　

电致变色材料能在电场作用下可逆改变光学特性，广泛应用于智能窗、防眩后视镜等领域。然而，传统材料存在响应速度慢、循环稳定性差等问题。导电聚合物聚噻吩（PTH）因其高导电性和可调控的能带结构成为研究热点，但薄膜厚度对其性能的影响机制尚不明确。为此，布尔萨乌鲁达大学的研究团队通过电化学沉积法制备不同厚度的PTH薄膜，揭示了厚度与电致变色性能的构效关系，成果发表于《Surfaces and Interfaces》。

研究采用循环伏安法（CV）、计时电流法（CA）、电化学阻抗谱（EIS）等技术，结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）和场发射扫描电镜（FESEM）进行表征。通过调控沉积时间（200-500秒）获得PTH200-PTH500系列薄膜，系统评估其光学调制、电荷传输及光响应特性。

材料与结构表征
FTIR和拉曼光谱证实了PTH分子中C-S键（669 cm^-1）和噻吩环（623 cm^-1）的特征峰，FESEM显示薄膜结晶度随厚度增加而提升。PTH500的致密结构有利于电荷传输，其电荷转移电阻（R_ct）最低，与EIS结果一致。

电致变色性能
厚度显著影响响应动力学：PTH500的着色/褪色时间最短（4.9/1.1秒），光学对比度达49.1%，优于PTH200（5.2/3.7秒，对比度较低）。着色效率（343.4 cm² C^-1）和循环稳定性（79.8%可逆性）表明厚膜更利于离子嵌入/脱出。

光电流响应
线性扫描伏安法显示所有薄膜在光照下均产生光电流，PTH500因优化的载流子分离效率表现最佳。EIS分析指出电容-电阻协同作用调控电荷转移，厚膜的低阻抗特性是其高性能的关键。

结论与意义
该研究首次阐明PTH薄膜厚度通过调控结晶度与界面阻抗影响电致变色和光电性能的机制。PTH500的快速响应、高对比度及优异稳定性为智能窗和光电传感器提供了理想材料。团队提出的厚度优化策略为导电聚合物在能源器件中的应用开辟了新途径。