[发明专利]一种紫精类聚合物薄膜电极、其制备方法、其包含的聚合物及其用途

说明书

本申请公开了一种紫精类聚合物薄膜电极、其制备方法、其包含的聚合物及其用途，其中该紫精类聚合物薄膜电极包括具有导电性的透光电极以及覆盖于所述透光电极表面的甲基丙烯酰基甘氨酸‑二烯丙基紫精聚合物薄膜。本申请提供的紫精类聚合物薄膜电极，具有多信号响应特性，具有可逆的电致变色性能、电致荧光变色性能以及电催化性能。同时，可以用于检测具有荧光和电化学响应的溶液中的氧化性物质(如高锰酸钾)。而且，该薄膜电极为可重复使用的、便携性高的电极，性能稳定，适合检测环境中的物质。

技术领域

本申请涉及聚合物薄膜电极技术领域，特别涉及一种紫精类聚合物薄膜电极、其制备方法、其包含的聚合物及其用途。

背景技术

紫精(Viologens)，1,1'-二取代-4,4'-联吡啶盐，作为一种常见的有机电致变色(EC)材料能够在施加适当的电压时发生电化学氧化或还原，可逆地改变其光学颜色，并具有光学对比度良好、氧化还原稳定、高显色效率、易于分子设计和可大面积制备等优点。紫精具有三种可逆的氧化还原态：二价阳离子(V²⁺)、自由基阳离子(V^·+)和中性态(V)。通常，紫精还原时其自由基阳离子状态会产生强烈吸收，导致明显的颜色变化，其颜色主要取决于联吡啶盐中氮上的取代基，通过改变氮上取代基可调节紫精的电致变色性质。紫精因为具有优异的电致变色性能，已被广泛应用于电致变色显示技术。同时，将电致变色与荧光结合起来，可以发展既具有优异的电致变色性能又具有荧光性能的新型紫精材料。但是多数游离的简单小分子紫精类物质在水溶液中并没有荧光特性，只在一些特定的溶剂如乙腈中会发射荧光。紫精类物质通常被用来与粘土、聚合物基质或葫芦脲进行配位后才会因为构象运动受限而产生荧光发射。近年来，也有一些紫精类多响应材料被研发出来，但合成方法较为复杂，同时多为液相或封闭的双电极体系，不利于检测环境中的物质，同时可重复使用性差。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种具有多信号响应的紫精类聚合物薄膜电极。本申请的另一个目的在于提供一种简便的制备紫精类聚合物薄膜电极的方法。本申请的其它目的包括提供一种紫精类聚合物薄膜电极包含的聚合物，以及紫精类聚合物薄膜电极及其包含的聚合物薄膜的用途。

具体技术方案如下：

本申请第一方面提供了一种紫精类聚合物薄膜电极，包括具有导电性的透光电极以及覆盖于所述透光电极表面的甲基丙烯酰基甘氨酸-二烯丙基紫精聚合物薄膜。

在本申请第一方面的一些实施方式中，当所述聚合物薄膜电极被施加-0.7伏电压时，所述甲基丙烯酰基甘氨酸-二烯丙基紫精聚合物薄膜的颜色转变为深紫色；当所述聚合物薄膜电极被施加-0.5伏电压时，所述甲基丙烯酰基甘氨酸-二烯丙基紫精聚合物薄膜的颜色转变为无色。

在本申请第一方面的一些实施方式中，当所述聚合物薄膜电极被施加-0.5伏电压时，所述甲基丙烯酰基甘氨酸-二烯丙基紫精聚合物薄膜在其最大发射波长540nm处具有荧光发射峰；当所述聚合物薄膜电极被施加-0.7伏电压时，所述甲基丙烯酰基甘氨酸-二烯丙基紫精聚合物薄膜在540nm处的荧光发射峰强度下降至少80％。

在本申请第一方面的一些实施方式中，所述具有导电性的透光电极为氧化铟锡电极和氧化铟氟电极。

本申请第二方面提供了前述的紫精类聚合物薄膜电极的制备方法，包括：

将甲基丙烯酰基甘氨酸、二烯丙基紫精、过硫酸钠以及N,N’亚甲基双丙烯酰胺溶于水中得到反应预备液；

在惰性气氛中，在具有导电性的透光电极的表面上涂覆所述反应预备液，在室温下经过0.5-2小时后完成聚合反应，在透光电极的表面上形成甲基丙烯酰基甘氨酸-二烯丙基紫精聚合物薄膜；

将表面上形成有甲基丙烯酰基甘氨酸-二烯丙基紫精聚合物薄膜的透光电极浸入水中以去除未反应的化学物质。