一种基于电解液的电致变色方法技术

本发明专利技术公开了属于功能材料技术领域的一种基于电解液的电致变色方法。该方法利用赝电容反应释放与消耗氢氧根离子循环调控电解液中酸碱性，通过在电解液中添加酸碱指示剂显示不同的颜色状态，即通过电解液的变色实现电致变色，脱离了传统利用电极材料实现电致变色的途径，显著降低了电致变色器件的成本，制备工艺简单、易操作。

Electrochromic method based on electrolyte

The invention discloses an electrochromic method based on electrolyte in the field of functional material technology. This method uses pseudocapacitive reaction to release and consume hydrogen and oxygen ions to regulate acidity and alkalinity in electrolyte. By adding acid and alkali indicators to electrolyte, different color states can be displayed, that is, electrochromic effect can be achieved by electrolyte discoloration. This method breaks away from the traditional way of electrochromic effect by using electrode materials and significantly reduces the electrochromic effect. The cost of the chromotropic device is simple and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电解液的电致变色方法
本专利技术属于功能材料
，特别涉及一种基于电解液的电致变色方法。
技术介绍
传统电致变色器件对于未来的智能窗户、节能大楼等领域都有广泛的应用，也可以应用在显示器、电子书等其他领域。电致变色器件需要能够在一个几乎透明的状态和一个明显的着色状态之间进行切换。目前常见的电致变色器件都是利用电致变色电极材料中离子的嵌入与脱出实现变色状态的转化。例如，电致变色常用的材料氧化钨和聚3,4-乙撑二氧噻吩PEDOT就是利用锂离子的脱嵌过程中化学结构的变化实现变色的，他们可以实现高对比度的变化，响应时间也很短，但是只有深蓝色这一个着色状态。有机电致变色材料的合成拓宽了电致变色的颜色选择，但是电极电致变色材料依旧受限于电致变色材料的质量与成本并且受透明电极的影响。最近也有报道利用电镀金属实现电致变色的方法，但该方法只有一种颜色的选择以及需要透明电极。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于电解液的电致变色方法，具体技术方案如下：一种基于电解液的电致变色方法为利用赝电容反应释放或消耗OH-或H+循环调控电解液中酸碱性，通过在电解液中添加酸碱指示剂显示不同颜色实现电致变色。电极材料为有OH-或H+参与反应的赝电容电极材料。所述赝电容电极材料优选为Co3O4、NiO或RuO2，电极材料通过在赝电容中发生氧化还原反应并相应的消耗氢离子或者氢氧根离子，进而改变电解液的酸碱性。所述酸碱指示剂为酚酞、百里酚酞或间硝基苯酚，不同酸碱指示剂的变色范围不同，变色范围在赝电容可调控的pH变化范围内的酸碱指示剂均适用。所述电致变色方法还能通过电镀的电化学手段调控电解液中金属离子浓度，利用金属离子的显色剂实现显色。利用所述电致变色方法制备的电致变色器件，工作电极为赝电容电极材料，电解液中添加酸碱指示剂，通过施加不同着色电压获得不同着色深度。通过叠加不同变色器件能够获得不同颜色着色。本专利技术的有益效果为：本专利技术首次提出以电解液变色实现电致变色的方法，脱离了传统利用电极材料实现电致变色的途径，利用不同着色电压调控电解液氢离子或者氢氧根离子浓度进而实现不同着色深度；通过选择不同的酸碱指示剂实现不同着色的调控，简单而有效的实现了多种变色状态的电学切换，显著降低了电致变色器件的成本，制备工艺简单、容易操作，易于规模化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1基于电解液电致变色的原理图；图2为实施例1中各电极材料直观图和SEM图，其中，图2A为电沉积方法制备氧化钴电极所用工作电极泡沫镍直观图，图2B为实施例1赝电容中氧化钴电极直观图，图2C为实施例1赝电容中碳电极直观图，图2D、2E为氧化钴电极表面SEM形貌图，图2F、2G为碳电极表面SEM形貌图；图3实施例1中氧化钴电极、碳电极、赝电容器件的循环伏安曲线；其中，图3A为实施例1氧化钴电极放置在1MNaOH溶液中的三电极体系测试的循环伏安曲线，图3B为碳电极放置在1MNaOH溶液中的三电极体系测试的循环伏安曲线，图3C为氧化钴电极为工作电极，碳电极为对电极组装的赝电容器件在1MNaOH为电解液中的循环伏安曲线；图4为不同施加电压下，实施例1赝电容电解液透过率的变化曲线；图5为实施例1赝电容电解液透过率变化规律，其中图5A为550nm处电解液的透过率随时间的变化曲线，图5B为赝电容器件十个循环过程中相应的pH与透过率的变化曲线；图6为实施例2中不同酸碱指示剂的透过率光谱；其中，6A为酚酞指示剂的透过率光谱，6B为百里酚酞指示剂的透过率光谱，6C为间硝基苯酚指示剂的透过率光谱；图7为实施例3叠加赝电容器件的多色可调示意图，其中图7A为叠加赝电容器件的颜色组合示意图，图7B为图7A中不同颜色相对的透过率光谱。具体实施方式本专利技术提供了一种基于电解液的电致变色方法，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。图1为本专利技术基于电解液电致变色的原理示意图，即通过改变电解液的pH高低，实现指示剂分子的颜色变化。实施例1以氧化钴为赝电容电极材料，酚酞为酸碱指示剂的电致变色方法：(1)利用已报道的电沉积方法制备氧化钴电极：配置1mol/L硝酸钴和0.1mol/L硝酸钠的混合溶液，采用双电极电沉积体系，工作电极为泡沫镍如图2A所示；对电极为铂网，维持恒电流电沉积，电流密度为1.5mA/cm2，沉积时间为1500s，之后在空气气氛下300℃热处理2h，获得的氧化钴电极如图2B所示，微观表征的SEM形貌如图2D和2E所示，从SEM图可以看出，氧化钴电极为纳米片结构；(2)碳电极的制备：将商业的碳黑、乙炔黑和PTFE粘合剂按质量比8:1:1研磨混合成橡皮泥状的结构，之后采用滚压的方法将其压制成薄片状，然后压在泡沫镍上，如图2C所示，微观表征SEM形貌如图2F和2G所示；(3)先将浓度0.5wt.％的酚酞乙醇溶液作为酚酞指示剂加入1wt.％的Na2SO4溶液中直至饱和略微过量，溶液表面出现少量悬浊物，然后通过添加稀释的NaOH调节pH值至8-9，此时电解液中的悬浊物消失，电解液为桃红色的澄清溶液，得到添加好指示剂的电解液；(4)最后将加好指示剂的电解液加入赝电容器件中，以制备的氧化钴电极为赝电容器件工作电极，碳电极为对电极，通过外加电压开始充放电；氧化钴电极在充放电过程中会发生化学反应：不断消耗或者生成氢氧根，可以实现电解液的酸碱性在一定程度上的循环；结果发现，在给电极施加正电压时电极发生氧化反应消耗氢氧根使得电解液pH下降电解液褪色，相对的施加负电压时电极发生还原反应电解液pH上升实现着色。图3A为氧化钴电极放置在1MNaOH溶液中的三电极体系测试的循环伏安曲线，从图3A可以看出，氧化钴电极循环伏安曲线具有明显赝电容的特性，在充放电过程中赝电容材料会发生氧化还原反应产生容量；图3B为碳电极放置在1MNaOH溶液中的三电极体系测试的循环伏安曲线，碳电极通过离子的吸附脱附产生电容容量；图3C为氧化钴电极为工作电极，碳电极为对电极组装的赝电容器件在1MNaOH为电解液中的循环伏安曲线；对上述制作的赝电容器件施加不同外加电压，观察电解液着色情况，如图4所示，从图4可以看出，通过调节着色过程中施加的电压，在固定时间内可以实现赝电容电解液不同深度的着色情况，在图中表现为电解液的透过率变化。分析上述赝电容器件电解液透过率的变化规律，如图5所示；图5A为550nm处电解液透过率随时间的变化规律，可以明显看出透过率变化呈现明显的周期性；图5B显示的是器件十个循环过程中相应的pH与透过率的变化，可以发现透过率的变化主要根据pH的变化来调控。对于其余的赝电容材料，只有赝电容循环反应过程中，有反应消耗氢离子或者氢氧根离子这一步骤，都可以用作溶液酸碱性的调控，例如对于RuO2赝电容材料，相应化学反应为：实施例2不同指示剂下的电致变色方法：分别选择酚酞、百里酚酞、间硝基苯酚为指示剂，利用实施例1电致变色方法制备器件尺寸32×18cm2、窗口尺寸为21×9cm2的电致变色窗户，酚酞、百里酚酞、间硝基苯酚指示剂分别可以实现红色、蓝色和黄色三种电致变色的器件，具体如图6所示，不同的指示剂的透过率光谱也如图6中所示，其中6A为酚酞指示剂的显色直观图、透过率光谱，图中颜色为红色；6B为百里酚酞指示剂的显色直观图、透过率光谱，图中颜色为蓝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电解液的电致变色方法，其特征在于，利用赝电容反应释放或消耗OH‑或H+循环调控电解液中酸碱性，通过在电解液中添加酸碱指示剂显示不同颜色。

【技术特征摘要】
1.一种基于电解液的电致变色方法，其特征在于，利用赝电容反应释放或消耗OH-或H+循环调控电解液中酸碱性，通过在电解液中添加酸碱指示剂显示不同颜色。2.根据权利要求1所述的电致变色方法，其特征在于，电极材料为有OH-或H+参与反应的赝电容电极材料。3.根据权利要求1所述的电致变色方法，其特征在于，所述赝电容电极材料为Co3O4、NiO或RuO2。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍晖，黄雅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11