有机变色子修饰纳米晶氧化锌的电致变色行为与电子纸器件研究

本项目旨在开发新型有机变色子修饰的ZnO纳米晶复合结构，作为电致变色器件的工作电极，进而研制快速响应的电子纸显示器件。采用低成本方法大面积制备均匀的ZnO纳米结构，重点研究纳米结构形貌与掺杂的可控性，系统分析纳米结构的形貌、掺杂与表面处理对电致变色行为的影响规律，深入研究纳米晶复合材料的电致变色机理。同时，采用紫精类材料作为有机变色子，对紫精进行化学改性以增强其化学吸附性能；并且开发多种紫精衍生物，修饰ZnO纳米结构，制备出多种色彩，具有优异变色性能的电致变色器件。在此基础上，进一步优化电致变色器件结构，并探索在柔性衬底上器件的制备，开发出轻便可折叠、响应速度快、记忆时间长，节电能力强的新型电子纸显示原型器件。本项目的研究内容是国际光电显示领域的学科前沿，对于提高我国纳米光电子材料与器件的基础研究水平，推动我国新型超薄显示器件的自主创新与产业化发展具有重要意义。

本项目采用低成本溶液水热合成方法，在低温下制备出大面积均匀ZnO纳米结构，通过精确控制合成条件可调控纳米ZnO形貌，获得了高质量ZnO纳米花、纳米六棱柱、纳米棒以及纳米片等各种形貌的纳米结构。进一步通过浸渍法将甲基紫精涂覆在ZnO纳米结构表面进行修饰，通过对紫精分子进行增加羧基或磷基官能团改性，使ZnO中的O原子与羧基磷基中的碳或磷进行配位，有效增强了紫精与ZnO的化学吸附性能。. 以紫精修饰ZnO纳米阵列为工作电极，以CeO2/TiO2纳米复合薄膜为对电极，以LiClO4为电解质层，研制出一种具有快速时间响应特性的电致变色器件，响应时间低达142ms，并且具有较高的着色效率与稳定性，在电子纸显示领域具有巨大的应用潜力。我们对上述器件进一步进行简化，获得仅包括ITO电极、紫精修饰纳米晶ZnO变色层与电解质层的简易结构电致变色器件。器件呈现出良好的电致变色特性，工作电压低于2V。器件响应速度虽然较慢（秒量级），但仍可满足智能节能窗应用要求，对于开发新型低成本智能窗具有重要意义。. 同时，本项目对基于普鲁士蓝的电致变色器件也进行了研究。采用低成本的电沉积工艺制备普鲁士蓝薄膜，在优化工艺条件下获得均匀的大面积（20cm×20cm）普鲁士蓝薄膜及全固态电致变色器件，器件显示出可逆的电致变色效应。在此基础上，进一步研制出一种新型不需外加电源的自供电型电致变色器件。器件由一片镀有普鲁士兰薄膜（电沉积方法制备）的ITO玻璃、一片表面粘附Al片的ITO玻璃、以及KCl电解质溶液中间夹层组成。器件变色的整个过程无需外加电源的介入，完全自发进行，此成果为电致变色研究领域的一项革命性的突破。. 此外，本项目将ZnO纳米结构应用于光催化裂解水，通过构筑新型ZnO/Ag/CdS 光阳极，成功实现了毫升量级产氢量的光解水效率，显著高于前期研究报道的纳米结构光解水性能，具有十分广阔的应用前景。. 本项目执行期间发表学术论文30篇，其中SCI收录27篇，申请中国发明专利3项，培养博士研究生4名，硕士研究生4名。