中国科学院化学研究所钟羽武研究员课题组通过在金属氧化物表面层层配位组装制备金属有机双钌配合物的多层薄膜，实现高对比率（56%）、高稳定性和快速响应的近红外（1150 nm）电致变色。
电致变色是指材料的光学属性在外部电场作用下发生可逆、稳定变化的现象。电致变色薄膜在智能窗户、电子显示、动态伪装和信息存储等领域具有广泛应用前景。在实际应用中，电致变色材料要具备低工作电压、高对比率（一般不低于30%）、快速响应、高循环稳定性等要求。相对于较为常见的可见光电致变色，该领域的一个难点在于如何实现高性能的近红外电致变色。在前期工作中，钟羽武研究员课题组利用电化学原位聚合或电极表界面自组装制备金属有机钌化合物薄膜，实现波长可调的近红外电致变色（J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 20720; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4058; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 12337）。这些薄膜的近红外对比率通常低于40%，并在薄膜制备与性能的稳定性方面有待于进一步提高。借鉴染料敏化电池活性层薄膜的制备方法，该课题组近期通过在二氧化钛（TiO2）或锑掺杂的二氧化锡（SnO2:Sb）纳米晶体表面吸附羧基官能团化的染料形成单层薄膜，并通过金属锆（Zr）参与的层层配位组装（layer-by-layer coordination assembly）制备了金属有机双钌配合物的多层薄膜。该方法操作简单、并能快速达到较高的染料负载量（>10-8 mol/cm2）。所制备得到的薄膜在0 到1.0 V (vs Ag/AgCl)呈现出两个氧化还原峰。通过改变电化学驱动电压，薄膜显示了可逆的近红外电致变色现象。其中，在SnO2:Sb表面制备的双层配位薄膜的综合性能最佳，在1150 nm处的对比率为56%，着色和褪色时间分别为4.3和2.8秒。经过1000圈可逆循环，对比率衰减控制在10%以内，表现出较高的循环稳定性。作者还详细研究了TiO2和SnO2:Sb纳米晶体对薄膜的电致变色性能和电子转移机理的影响，发现具有较低导带和较高导电性能SnO2:Sb纳米晶体有助于改善薄膜的电致变色性能，为开发高性能的电致变色薄膜提供重要信息。
图1 层层配位组装近红外电致变色薄膜
该研究结果近期在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry。论文第一作者为中国科学院化学研究所李志娟博士，通讯作者为钟羽武研究员。
Citation： Li ZJ, Yao CJ, Zhong YW. Near-infrared electrochromism of multilayer films of a cyclometalated diruthenium complex prepared by layer-by-layer deposition on metal oxide substrates. Sci. China Chem., 2019, DOI:10.1007/s11426-019-9640-1.
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通讯作者简介
李志娟，中国科学院化学研究所博士研究生，主要从事金属有机配合物的电子转移与电致变色性能的研究，以第一作者在Sci. China Chem., Inorg. Chem.等期刊发表4篇SCI论文。
钟羽武，中国科学院化学研究所研究员、中国科学院大学岗位教授、博士生导师。研究领域为光功能材料与光电化学，迄今发表论文150篇。2004年博士毕业于中国科学院上海有机化学研究所，2009年入选中科院“百人计划”，到中科院化学所工作至今。获2015年中国电化学青年奖、2016年国家自然科学二等奖(第三完成人)、2019年中国光化学-泊菲莱优秀青年科学家奖和卢嘉锡优秀导师奖。担任《中国科学：化学》和Science China Chemistry编委，入选2018年度Science China Chemistry优秀编委和《中国科学》《科学通报》优秀编委。