摘要
由自然光引起的物体表面反射产生的颜色变化是人类认知世界的重要途径。随着电力能源的兴起，人造显示技术蓬勃发展，颜色对于现代化社会具有更多重要的意义。电致变色是一类人为调控的可控光学调制技术，通过外加电场刺激，电致变色材料本身的吸光度或透过率能够发生稳定的颜色可逆变化。相对于其他场颜色调控显示技术，例如“热致变色”和“光致变色”，电致变色因其良好的可控性、较低的驱动电压、快速的响应时间以及优良的记忆性能而受到广泛关注。随着电致变色技术在城市建筑、交通工具、军事、智能可穿戴以及无源显示等领域得到越来越广泛的应用，基于电致变色材料的研究具有更多实际意义。 根据物质的组成与性质不同，常见的电致变色材料主要分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。根据材料的性质不同、工作原理不同，电致变色器件的制备工艺也会相应地作出调整。传统无机材料与导电聚合物材料电致变色器件均为复杂的五层结构，而紫精类有机小分子虽然可以制备成结构简单的一体化电致变色器件，但其具有较高毒性不利于商业化应用。卟啉是一类广泛存在于自然界生物体中的有机材料，具备无毒、环境友好的特性，有望成为一类新型环保电致变色材料。单体卟啉可通过结构设计具备良好的溶解性，优化了传统无机材料与导电聚合物材料电致变色器件繁杂的五层结构，且相对于多层器件严苛的成膜技术，简单的一体化器件结构更容易制备。因此，本文基于有机小分子，构建了一系列不同结构的卟啉单体，系统地研究了卟啉材料的结构设计对电致变色性能的影响。基于此，本文主要研究了以下内容： (1)构筑了一系列不同meso-位取代的卟啉，通过分子结构表征、电化学性能表征、光学性能表征以及DFT理论计算对它们进行了系统的结构与性能研究，为卟啉单体在电致变色器件中的应用提供了方案； (2)基于前一章内容研究发现卟啉电致变色主要由大环内部电子结构调控，且受限于自身溶解性，难以实现一体化电致变色器件的应用。因此，采用席夫碱结构构筑卟啉单体，成功制备了具有良好溶解性的卟啉分子，为一体化电致变色器件的制备提供了基础； (3)采用季吡啶盐结构进行卟啉分子结构设计，获得具有多氧化还原中心、良好溶解性的季吡啶卟啉盐，并采用简单的一体化电致变色器件构筑方式完成了卟啉电致变色器件的制备。其中，季吡啶卟啉盐具有良好可溶性的同时，也有效地提高了卟啉电致变色器件的循环稳定性，降低了响应时间(28s)，并成功实现了卟啉材料在可见光区的电致变色范围调控。证明了基于季吡啶盐多氧化还原中心的卟啉分子设计对优化一体化电致变色器件性能有效，为卟啉分子的电致变色应用提供了有效的设计思路。
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