电子论文

普鲁士蓝电致变色膜的制备及性质研究

时间：2025-07-12 17:12 所属分类：电子论文 点击次数：

摘要：采用简单电化学聚合法，通过对聚合电位和聚合时间进行优化选择，在ITO导电玻璃表面利用恒电位聚合法得到普鲁士蓝膜。然后，利用恒电位法对普鲁士蓝膜施加适宜时间的还原电位将其还原为普鲁士白膜。再对普鲁士白膜施加适宜时间的氧化电位，又可得到普鲁-

　　摘要：采用简单电化学聚合法，通过对聚合电位和聚合时间进行优化选择，在ITO导电玻璃表面利用恒电位聚合法得到普鲁士蓝膜。然后，利用恒电位法对普鲁士蓝膜施加适宜时间的还原电位将其还原为普鲁士白膜。再对普鲁士白膜施加适宜时间的氧化电位，又可得到普鲁士蓝膜。分别记录施加不同电位后普鲁士蓝膜及普鲁士白膜的颜色变化，并利用紫外-可见分光光度计、循环伏安法对合成的普鲁士蓝膜及普鲁士白膜的紫外吸收性质及电化学性质进行表征。结果表明：在电位控制下，普鲁士蓝膜与普鲁士白膜表现出薄膜颜色、电化学性质以及紫外吸收性质的可逆性变化。

　　关键词：电致变色;循环伏安法;普鲁士蓝;普鲁士白

　　化学论文投稿刊物：是科学院主管的影像学和光化学领域专业期刊，杂志1983年北京市创刊，所发论文内容是影像学和光化学科学及信息材料，1992年纳入核心期刊目录当中，适合相关从业人员发表副高级、高级职称评审论文。荣获过全国二等奖、科学院科技期刊一等奖等。

　　普鲁士蓝膜是一种常用的电致变色材料，具有独特的三维网状结构，且结构稳定，有较高的电化学可逆性，可辅助电荷传导，是一种优秀的人工过氧化物酶[1]。因其具有合成简单、成本低廉等优点，在电化学传感、电池电极材料、电显色、二次电池以及催化氧化分子的测定方面均有广泛的应用价值[2-3]。本研究通过对聚合条件如聚合电位、聚合时间等进行优化选择，利用恒电位聚合法在氧化铟锡(IndiumTinOxide，ITO)导电玻璃表面合成普鲁士蓝膜。

　　通过对合成的普鲁士蓝膜施加适宜时间的还原电位，得到普鲁士白膜。再对普鲁士白膜施加适宜时间的氧化电位，又可得到普鲁士蓝膜。通过施加不同电位可实现普鲁士蓝膜与普鲁士白膜的可逆控制。利用紫外-可见分光光度计、循环伏安法(CyclicVoltammetry，CV)对合成的普鲁士蓝及普鲁士白膜的紫外吸收性质及电化学性质进行了研究。本研究旨在进一步提高和改善普鲁士蓝电致变色膜的合成工艺和电致变色性质，为构建电致变色器件提供基础。

　　1实验部分

　　1.1仪器与试剂

　　仪器：CHI660E型电化学工作站;三电极系统(铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，ITO导电玻璃为工作电极);UV-5500型紫外-可见分光光度计;HWCL-3型恒温磁力搅拌器;BSA223S型电子天平;KH5200B型超声波清洗仪。试剂：铁氰化钾、三氯化铁、氯化钾、无水乙醇均购于北京化工厂，以上试剂均为分析纯。实验用水均为二次蒸馏水。

　　1.2ITO导电玻璃预处理

　　用玻璃刀将ITO导电玻璃切割成长度为5cm，宽度约为2cm的长方形。用蒸馏水和无水乙醇分别将切割好的ITO导电玻璃超声清洗3次，每次1min。最后用蒸馏水冲洗ITO导电玻璃后室温晾干。

　　1.3普鲁士蓝膜预聚合溶液配制

　　用分析天平称取0.7445g氯化钾，0.0811g氯化铁，0.1646g铁氰化钾置于含有100mL蒸馏水的烧杯中，最后用移液枪加入322µL36%盐酸，并用玻璃棒搅拌溶解。

　　1.4普鲁士蓝膜的恒电位聚合

　　利用恒电位聚合方法，以ITO导电玻璃为工作电极构建三电极体系置于普鲁士蓝膜预聚合溶液中，在0.4V电位下聚合240s，即在ITO导电玻璃表面得到蓝色氧化态普鲁士蓝膜。

　　1.5普鲁士白膜的制备

　　以上述聚合有普鲁士蓝膜的ITO导电玻璃为工作电极构建三电极体系置于0.05mol/L氯化钾溶液中，在﹣0.2V电位下电化学还原300s，即在ITO导电玻璃表面得到白色还原态普鲁士白膜。

　　2结果与讨论

　　2.1普鲁士蓝膜和普鲁士白膜制备条件优化

　　为了得到更加均匀、稳定、电致变色性质优良的普鲁士蓝膜，在普鲁士蓝电化学聚合实验过程中分别对聚合电位及聚合时间进行了优化选择。实验过程中，对多个聚合电位(0.1~0.6V)及聚合时间进行优化选择，将聚合电位确定为0.4V，聚合时间确定为240s。对聚合后的氧化态普鲁士蓝膜施加适宜时间的还原电位，可将普鲁士蓝膜还原为普鲁士白膜。实验过程中，对多个还原电位(﹣0.1~﹣0.4V)及聚合时间进行优化选择，将还原电位确定为﹣0.2V，还原时间确定为300s。

　　2.2普鲁士蓝膜和普鲁士白膜的紫外吸收性质

　　利用紫外-可见分光光度法对普鲁士蓝膜和普鲁士白膜的紫外吸收性质进行了研究，曲线a和b分别为普鲁士蓝膜和普鲁士白膜的紫外吸收曲线，普鲁士蓝膜在700nm时有明显的吸收峰，而普鲁士白膜在700nm无吸收峰，说明经过恒电位还原过程后，蓝色氧化态的普鲁士蓝膜已经成功被还原为无色还原态的普鲁士白膜，薄膜颜色和紫外吸收光谱均发生了明显变化。

　　2.3普鲁士蓝和普鲁士白膜的电化学性质

　　为了研究普鲁士蓝膜和普鲁士白膜的电化学性质，运用CV法在0.05mol/L氯化钾溶液中分别对裸ITO电极、普鲁士蓝膜/ITO电极、普鲁士白膜/ITO电极进行表征。其中，曲线a为裸ITO电极的CV曲线，由于电解质溶液为0.05mol/L氯化钾溶液，体系中没有电活性物质，曲线a中无氧化还原峰。曲线b是普鲁士蓝膜/ITO电极的CV曲线，普鲁士蓝膜的有效成分亚铁氰化铁在CV扫描电位范围内会发生电化学反应，因此曲线b有明显的氧化及还原峰出现，且其氧化峰电流值约为70µA。曲线c为普鲁士白膜/ITO电极，普鲁士白膜的有效成分为亚铁氰化亚铁，在CV测定中也会得到明显的氧化及还原峰，其氧化峰电流值约为38µA。这说明氧化态普鲁士蓝膜的电流响应更大，其导电性明显比还原态普鲁士白膜的导电性好。

　　2.4电位调控下普鲁士蓝膜和普鲁士白膜的可逆性变化

　　在ITO导电玻璃表面电聚合得到普鲁士蓝膜后，以电位为调控因素，对普鲁士蓝膜/ITO电极在-0.2V电位下电化学还原300s可得到普鲁士白膜/ITO电极。再对普鲁士白膜/ITO电极在0.4V电位下电化学氧化240s又可在ITO导电玻璃表面得到普鲁士蓝膜。将此步骤重复3次，发现在电位控制下，可实现普鲁士蓝膜和普鲁士白膜的相互转换。分别对得到的氧化态普鲁士蓝膜及还原态普鲁士白膜进行紫外吸收性质及电化学性质表征。以上实验结果说明，以电位为调控因素，普鲁士蓝膜与普鲁士白膜表现出薄膜颜色、电化学性质以及紫外吸收性质的可逆性变化。

　　3结语

　　采用简单恒电位聚合法，通过对聚合电位和聚合时间进行优化选择，在ITO导电玻璃表面制备分散均匀的蓝色氧化态普鲁士蓝膜，通过对普鲁士蓝膜施加适宜时间的还原电位，可得到还原态的普鲁士白膜。同时，对电位调控下该过程的可逆性进行了研究，发现可通过对电位的控制，实现对普鲁士蓝膜和普鲁士白膜的可逆转换。分别利用紫外可见分光光度法和CV法研究了普鲁士蓝膜和普鲁士白膜的紫外吸收性质和电化学性质，并分析了其性质变化的机理。为构建基于普鲁士蓝膜的电致变色器件及其在电化学传感中的应用提供基础。

　　[参考文献]

　　[1]马董云，徐中平，王理想，等.二氧化锰-普鲁士蓝纳米复合薄膜的制备及其电致变色性能[J].上海第二工业大学学报，2018(3)：179-184.

　　[2]马荣，刁训刚，张金伟，等.聚苯胺-普鲁士蓝全固态电致变色器件的制备及特性[J].材料科学与工程学报，2007(5)：723-726.

　　[3]宋伟伟，王跃川.紫精-普鲁士蓝凝胶电致变色器件的制备[J].影像科学与光化学，2018(1)：51-56