第十章 有机电化学和电活性聚合物简介
电活性聚合物
离子EAP材料
离子EAP材料
碳纳米管
碳纳米管是一种高性能,多功能复合材料,具有高长径比、直径小、质量轻、机械强度高(类似于金刚石)、导 电导热性好、热稳定性好、空气中稳定性好等优点。在注入离子后,纳米管和电解液的离子电荷平衡被破坏,键长 改变产生电活性。注入的电荷愈多,尺寸变化愈大。因此,人们希望得到CNT/聚合物纳米复合材料,使易于加工的 聚合物基体具备CNT的优点。
分类
分类
按照作用机理的不同,电活性聚合物（EAP）主要分为两大类，电子型EAP和离子型EAP。
电子型EAP包括全有机复合材料(AOC)、介电EAP(DEAP)、电致伸缩接枝弹性体(ESGE)、电致伸缩薄膜(ESP)、 电致粘弹性聚合物(EVEM)、铁电体聚合物(FEP)和液晶弹性体(LCE)等。
利用电活性聚合物收集风能、波浪能等绿色能源发电，开发新型可再生、低廉、环境友好、清洁的能源，可 以促进世界能源可持续发展战略。
发展历史
发展历史
电活性聚合物的起源可以追溯到19世纪80年代,机电响应现象首次被发现。20年后有人将场致应变的规律总 结成公式。上世纪20年代压电聚合物的发现,是电活性聚合物发展史的重要里程碑。40年代末,人们发现了化学活 性聚合物,例如胶原质丝浸泡在酸或碱溶液中时,可以可逆伸缩。但是,关于“化学-机械”的驱动器却很少有人研 究,直到仿生肌肉用合成聚合物发展起来。随着电激励技术的发展,人们开始EAP材料。1969年发现PVDF具有压电 行为后,科学家开始挖掘其它聚合物体系,一系列的EAP材料应运而生。近10年来,EAP材料发展迅速,开发了一系列 具有优异性能的EAP材料,某些EAP材料的形变量甚至可以达到300%。
励作用,并产生诱导弯曲位移。
这类EAP材料的缺点是需要保持一定的湿润度,而且在直流电场激励下很难保持稳定的诱导位移(导电聚合物 除外)。
电活性聚合物材料的合成和应用
电活性聚合物材料的合成和应用随着科技的不断进步，新材料的研发也变得越来越受到重视。
电活性聚合物材料是一种在电场作用下可以发生形变和运动的材料。
这种材料具有丰富的物理和化学性质，在现代科技中的应用十分广泛。
本文将介绍电活性聚合物材料的合成和应用。
一、电活性聚合物材料的合成电活性聚合物材料的合成可分为两种方法：自聚合和交联聚合。
自聚合是指在特定条件下单体自发地通过键合成链聚合物的过程，如聚苯乙烯和聚乙烯等；而交联聚合是指通过加入交联剂来实现分子链的交联，形成网状结构的聚合物，如硬质泡沫塑料等。
电活性聚合物材料的合成一般采用交联聚合的方法，其中最常用的方法是电致化学聚合。
电致化学聚合是一种将单体转化成聚合物的方法，在电化学反应中应用广泛。
其基本原理是通过在电化学反应中生成自由基或原离子，使有机或无机物质发生电致聚合或电致交联，形成网状结构的“哑铃型”聚合物。
这种聚合物不仅具有高度的弹性和柔韧性，而且具有良好的热传导性能，可在低电压下实现快速的响应和形变。
二、电活性聚合物材料的应用电活性聚合物材料具有广泛的应用前景，在生物医学、能源、机电一体化等领域都有着重要的应用价值。
1. 生物医学方面电活性聚合物材料在生物医学领域中有着潜在的应用前景。
电催化聚合物可以用来制备3D生物材料，以增强组织、骨和肌肉的再生。
此外，在神经元生长中，电活性聚合物材料也可以用作一种成型和导向器，有望被应用于研究神经系统中的恢复过程。
2. 能源方面电活性聚合物材料在能源领域也有着广泛的应用前景。
电活性聚合物材料可以用来制造贮能器、传感器和电子器件等，在电荷分离、电荷传递和光电转换中具有十分重要的作用。
此外，电活性聚合物材料还可以用于制备机械和电谱仪等电动力学装置。
3. 机电一体化方面电活性聚合物材料在机电一体化方面也具有重要的应用前景。
将电活性聚合物材料与机械传动元素相结合，可以制备出具有快速响应和大形变能力的机电系统，应用于机器人和智能终端等领域。
有机电化学的原理和应用
有机电化学的原理和应用1. 原理简介有机电化学是研究有机化合物在电解质溶液中的电化学性质和反应机制的学科。
在有机电化学中，通过在特定条件下施加电场来调控有机分子的电子转移过程，从而实现对有机化合物的合成、转化和催化等应用。
有机电化学是有机化学和电化学的交叉学科，其核心原理涉及到电子转移、电解质溶液的离子传导性以及有机分子与电极的相互作用等方面。
2. 应用领域2.1 有机合成有机电化学在有机合成中具有重要的应用价值。
通过在电解质溶液中施加电场，可以实现直接合成有机化合物的方法，避免传统有机合成中繁琐的步骤和低产率的问题。
有机电化学还可以实现新的反应路径和选择性，从而提高合成效率和产物纯度。
2.2 能源转换与储存有机电化学在能源领域中的应用也备受关注。
通过在电解质溶液中进行有机分子的电化学反应，可以实现能量的转换和储存。
例如，通过有机太阳能电池可以将太阳能转化为电能，而通过有机储能电池可以将电能储存起来。
这些技术具有环保、高效和可重复使用等优点。
2.3 传感器有机电化学还可以应用于传感器技术中。
通过将适当的有机分子修饰到电极上，可以实现对特定分子或离子的高选择性检测。
因此，有机电化学传感器在环境监测、生物医学和食品安全等领域具有广泛的应用前景。
2.4 催化剂有机电化学在催化剂设计中也发挥着重要的作用。
通过在电解质溶液中调控有机分子的电子转移过程，可以实现新的催化反应路径和提高反应效率。
有机电化学催化剂一方面可以替代昂贵和有毒的金属催化剂，另一方面也可以实现对有机分子的特异催化。
3. 有机电化学的基本原理3.1 电子转移与电解质溶液在有机电化学中，电子转移是基础原理之一。
在电解质溶液中，有机化合物可以接受或者捐赠电子，从而发生氧化还原反应。
具体的反应步骤和反应机制取决于有机分子的结构和反应条件。
3.2 电极上的有机分子有机分子与电极的相互作用也是有机电化学的重要原理之一。
有机分子可以在电极表面进行吸附或者脱附，这对有机分子的电子转移过程和反应速率有重要影响。
《电化学聚合》课件
特点
反应条件温和，易于控制；可制备结构均匀的 聚合物；适用于多种单体。
应用
制备功能高分子材料、电极材料等。
非均相电化学聚合
01
02
03
定义
在非均相体系（如悬浮液 、乳液等）中进行的电化 学聚合过程。
特点
可制备具有特殊形貌和结 构的聚合物；可实现原位 聚合，简化后处理过程； 适用于制备复合材料。
应用
新材料与新技术的研发
高性能聚合物
开发具有优异性能（如高导电性、高强度、高耐热性等）的新型 聚合物材料。
功能性聚合物
合成具有特定功能（如光响应、温度响应、pH响应等）的聚合物 ，拓展其在传感器、驱动器等领域的应用。
生物相容性聚合物
研究生物相容性良好的聚合物，用于生物医学领域，如药物载体、 组织工程和生物成像等。
表面涂层与防护
总结词
电化学聚合在表面涂层与防护领域的应用， 主要涉及材料的表面改性和防腐保护。
详细描述
电化学聚合制备的聚合物涂层具有良好的附 着力和耐腐蚀性，能够作为金属、玻璃、陶 瓷等材料的表面涂层，提高材料的耐候性、 抗紫外线、抗化学腐蚀等性能。此外，这些 涂层还可以作为防污、防指纹、抗静电等功 能的表面涂层，具有广泛的应用前景。
电化学聚合具有高效率、低成本、环 境友好等优点，同时可以精确控制聚 合过程和聚合物结构，因此具有广泛 的应用前景。
历史与发展
历史
电化学聚合的研究始于20世纪初，经过多年的研究和发展，已经成为一种成熟 的聚合物合成方法。
发展
随着科技的不断进步，电化学聚合的应用领域不断扩大，聚合技术也不断得到 改进和完善，未来有望在更多领域发挥重要作用。
终止
聚合物链之间或与其它分子之间发生反应，停止增长 。
《电化学聚合》课件
2
可穿戴设备
制备高分子材料应用于体感设备、可穿戴设备等领域，实现人机交互。
3
污水处理
制备以高分子为基础的新型吸附材料，有望应用于水污染物的去除。
4
新能源材料
利用高分子合成方法制备电池隔膜等新型聚合材料，应用于新型能源领域。
参考文献
1. 2. 3.
Obrovac, M. N., & Christensen, L. (2005).J Electrochem Soc, 152(7), A1308-A1315. Zeng, Z., & Wang, Y. (2020). Journal of Materials Research, 35(4), 357-363.
电化学聚合在MEMS器件、可穿戴设备、 污水处理、新能源材料等领域有着广泛的 应用前景。
电化学合成原理
1
氧化反应
阳极位置发生氧化反应，电子流向负极。
2
还原反应
阴极位置发生还原反应，电子由电源流向负极，形成电荷。
3
亲核反应
在阴阳极室间，发生亲核反应形成中间体。
电化学池装置
阳极室置
包括电极体系、搅拌器、温 度计来自。电极材料及其特点铂电极
稳定性好，易于制备，成本较高。
导电聚合物电极
与电解质的相容性好，不易污染环境，但稳 定性较差。
玻碳电极
表面活性较高，容易清洗，价格便宜。
金属基底电极
表面积大，易于处理，成本较低。
应用前景展望
1
MEMS器件
电化学聚合可以制备电极、阻抗器等MEMS器件，用于微流控芯片、微传感器等领域。
电化学聚合
电化学聚合是一种绿色环保的新型高分子材料制备技术，具有多种优点，被 广泛应用于各个领域。
有机电化学合成
10
有机电化学反应的特性：反应顺序
反应顺序：电化学中的一个重要假设是电子一个一个的转移；
RH-
阴极还原反应 +e
阳极氧化反应
RH
-e
RH+
E-M-M-E E-M-E
M
+e
M-E M-E E+ M M M-M E+
+e
+e
E+
M-E
E+ M2
+e
M-M E+
M-M-E
+e
M-M-E
E+
※ E：离子基（有正、负离子基之分）；M：被作用物。
在热化学中，反应历程确定后，反应活化能不能改变；电化学活化能， 可通过调节加在电极上的电压可以得到改变。
4
有机电化学合成的原理（2）
为了与电极交换电子，有机分子必须首先被吸附在电极上，或至少与电极 紧紧相邻；
反应物和产物可通过浓度梯度进行扩散，也可以依靠机械搅拌、温度梯度 以及密度梯度而产生对流进行扩散；
17
有机电化学合成技术：直接有机电化学合成（4）
有机电化学合成中常用的一些电极材料
电极材料
Pt 石墨 Pb Fe
Ni Hg Cu 蒙乃尔合金 PbO2
电导率/Ω-1.cm-1 1.0X105 2.5X102 4.5X104
1.0X104 5.6X105
阳极
√ √ √ √ √ x √ √ √
阴极
产物的构型 2-羟基-1，2-二氢化茚的电化学α-乙酰氧基化
OAc
R)
CH2
-e
R) CH
-OAc
OAc
R
R
有机化学中的聚合物的电子器件与应用
有机化学中的聚合物的电子器件与应用聚合物是由长链分子组成的高分子化合物，具有较好的可塑性和可导电性，在有机化学领域中得到广泛的研究和应用。
聚合物的电子器件是指以聚合物为基础材料制造的各类电子元件，例如有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池（OPV）等。
本文将重点介绍有机化学中聚合物电子器件的原理和应用。
一、聚合物的导电性聚合物具有与金属相比较低的导电性，然而通过对聚合物进行掺杂、修饰等手段，可以显著提高聚合物的导电性能。
掺杂是指将一些具有良好导电性能的杂质引入聚合物中，形成导电聚合物。
常见的掺杂材料有聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）、多苯乙烯硫酸盐（PPS）、多聚吡咯（PPy）等。
此外，通过修饰聚合物的结构和化学键，也可以有效地提高聚合物的导电性。
二、有机发光二极管（OLED）有机发光二极管（OLED）是一种将有机聚合物作为发光材料的电子器件，通过外加电压，使材料发生电致发光现象。
OLED具有低电压驱动、色彩丰富、可弯曲性高等优点，因此在显示技术和照明领域有着广泛的应用前景。
OLED的结构一般包括导电玻璃基板、阳极、有机发光层、电子传输层、阴极等部分。
导电玻璃基板用于支撑整个器件，阳极提供正极，阴极提供负极。
有机发光层是OLED的核心部分，通过在有机聚合物中掺杂激发材料（荧光染料或磷光染料），在外加电压刺激下发生辐射电子激发跃迁，从而产生光致发光现象。
三、有机太阳能电池（OPV）有机太阳能电池（OPV）是一种利用有机聚合物材料将太阳能转化为电能的电子器件。
相比传统的硅基太阳能电池，OPV具有较低的制造成本、较轻便的特点，因此在可穿戴电子产品、卷式电子设备等应用中拥有较大的优势。
OPV的结构一般由导电玻璃基板、聚合物阴极、电子传输层、活性层、阳极等组成。
导电玻璃基板用于支撑器件，聚合物阴极用于收集电子，阳极用于收集正电荷。
有机聚合物的活性层是OPV的关键部分，通过光吸收材料将太阳能转化为电子，进而形成电流。
有机电化学合成简介
机理与方法
有机电化学合成的基本过程是电解反应物，常用的方法有恒电位电解和恒电流电解
恒电位法：
电极电位不仅决定了氧化还原反应能否发生和持续进行，还决定了反应的程度和速率。选择合适的 电位进行电解，是控制电解反应的方向，保证产品符合所需的决定因素。 a) 在恒电位电解过程中，需实时监测并维持工作电极电位恒定，需采用三电极体系； b) 同时还 需记录流过工作电极的电流以计算消耗的电量； c) 由于电位恒定，主反应电流效率基本恒定。 恒电流法：
有机电化学合成简介
By S.F.
引 言
定义 ： 利用电化学氧化或还原方法合成有机物
“古老的方法，崭新的技术”
1834 年，英国化学家Faraday用电解醋酸钠溶液制得了乙烷，第一次实现了有机物的电化学合 成。在此基础上，Kolbe研究了各种羧酸溶液的电解氧化反应( 利用电解脱羧制取长链烃类物 质) ，即著名的有机电解反应———“柯尔贝反应”，由此创立了有机电解反应的理论基础。
进展与问题
有机电合成的研究近二十年来进展迅速，主要进展如下： a) 固体聚合物电解质(SPE)在电化学中的应用。SPE是一种高分子离子交换膜，有较好的 化学和机械稳定性、优良的导电性等优点。
b) 碳载Sb- Pb- Pt电催化纳米材料的最新研究进展。实验表明，碳载Sb- Pb- Pt电催化 纳米材料的催化活性和稳定性远高于常用的Sb和Pb等金属电极，应用前景很好。
恒电流电解技术在工业生产中更为常用。这主要是因为实际生产过程控制电流比控制电位更容易做 到，设备也更为简单。 a) 反应过程中无需监控电极电位，采用简单的二电极体系即可； b) 由简单的电流× 时间，即可 计算出耗用的电量； c) 由于电流恒定不变，随着电解时间的延长，反应物浓度逐渐下降，电极电 位发生变化，导致副反应加快发生，电极反应选择性降低，从而主反应的电流效率逐渐下降。
聚合物材料的电化学性能
聚合物材料的电化学性能聚合物材料的电化学性能是指其在电化学系统中的行为以及与电子和离子的相互作用。
随着聚合物材料在能源存储和转换、传感器、生物医学和电子器件等领域的广泛应用，对其电化学性能的研究变得越来越重要。
首先，聚合物材料的电导性是其电化学性能的关键指标之一。
电导性取决于聚合物分子内的共轭结构以及材料中的离子运动能力。
共轭结构是指芳香性或共轭键的存在，能够形成电子能级的相互重叠，从而实现电子的长距离传导。
因此，多数具有良好电导性的聚合物材料都具有共轭结构，如聚噻吩、聚苯胺和聚咔唑等。
其次，聚合物材料的电化学稳定性也是考察电化学性能的重要因素之一。
在电化学过程中，聚合物材料需要承受电位变化和化学反应的影响，因此其化学结构和物理性质需要具备一定的稳定性。
一些聚合物材料在高电位或低电位下可能会发生氧化或还原反应，导致材料的破坏。
因此，为了提高聚合物材料的电化学稳定性，研究人员通常通过合成控制、材料界面的修饰以及添加稳定剂等方法来实现。
此外，聚合物材料的离子传输性能也是影响其电化学性能的重要因素之一。
在能源领域的应用中，聚合物材料通常被用作电解质或电极材料，因此其内部需要具备良好的离子传输通道，以确保充电和放电反应的顺利进行。
为了提高聚合物材料的离子传输性能，研究人员通常采用导电添加剂、离子液体等方法来提高材料的电导率，以及通过适当控制孔隙结构和表面改性来提高离子扩散速率。
此外，聚合物材料的电化学性能还与其溶液阻抗、表面活性以及电化学反应的动力学等参数密切相关。
溶液阻抗是指在电化学系统中，聚合物材料与电解质溶液之间的阻抗大小，直接影响材料的电荷传递速率。
表面活性是指聚合物材料表面的化学性质，如亲水性、疏水性等，对材料在电化学界面上的行为以及与电解质溶液之间的相互作用有着重要影响。
动力学参数则与电化学反应的速率有关，包括反应的起始电位、电化学反应的速率常数等。
综上所述，聚合物材料的电化学性能涉及多个方面的研究内容，包括电导性、电化学稳定性、离子传输性能、溶液阻抗、表面活性以及电化学反应的动力学等。
聚合物的结构及介电性能
极化过程一般 10-9s
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
界面极化
产生于非 均相介质 界面处
在外电场的作用下，电 介质中的电子或离子在 界面处堆积的结果。
极化需时几分之一 至几 分钟，甚至更长。
介电常数
C Q /U Q Q0 Q C0 Q0 / U Q0 Q0
介电常数ε范围 2-2.3 2.3-3.0 3.0-4.0 4.0-7.0
15
1.分子结构
• 分子聚集态结构的影响： • 玻璃态：链段运动被冻结，结构单元上的极性基团取向受链 段牵制，取向能力低，对介电常数影响小 • 高弹态：链段活动能力大，极性基团取向受链段牵制较小， 对介电常数影响大。高弹态下，介电常数、损耗角大于玻璃 态 介电常数 聚氯乙烯 聚酰胺 玻璃态 3.5 4.0 高弹态 15 5.0
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
聚合物介电性：聚合物在外电场的作用下， 由于分子极化引起电能的储存和损耗的性质。
表征方式
介电常数 介电损耗
介电材料分类示意图
绝缘材料
电容器材料
压电材料 热释电材料
铁电材料
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
极化：在外电场的作用下，电介质分子或者其中 某些基团中电荷分布发生相应变化。
聚合物名称 聚四氟乙烯 聚乙烯 聚丙烯 四氟乙烯-六氟乙烯共聚 tanδ*104 <2 2 2-3 <3 聚合物名称 环氧树脂 硅橡胶 氯化聚醚 聚酰亚胺 tanδ*104 20-100 40-100 100 40-150
聚苯乙烯
交联苯乙烯 聚砜 聚碳酸酯 天然橡胶
1-3
5 6-8 9 2-30
聚氯乙烯
聚合物电动力学的原理及应用前景
聚合物电动力学的原理及应用前景随着科技的不断发展，新型材料在各个领域中得到了广泛应用。
其中，聚合物电动力学就是其中之一。
它是一种以聚合物为基础的电性材料，具有良好的机械强度、化学稳定性和可塑性，可以在电场作用下发生形变，而且无噪声、快速、高效、低功耗，逐渐引起了越来越多的关注。
本文将介绍聚合物电动力学的原理及其应用前景。
一、聚合物电动力学的原理1. 聚合物的结构及其性质聚合物是由大量单体经过化学反应催化得到的高分子聚合物，由于单体选择的不同，可以得到具有不同性质的聚合物。
聚合物分子链可以在外力作用下变形，由此发生形变，其本质上是在变化电荷分布，导致分子之间的相互作用力发生改变，从而引起形变。
2. 电活性聚合物电活性聚合物具有极化特性，所以在电场作用下能够发生形变。
例如，压电性聚合物在外力作用下会产生极化反应，极化后会产生电荷，导致形变，并产生电荷输出。
电活性聚合物分为压电性、介电性和电致伸缩等类型。
3. 聚合物电动力学的原理聚合物电动力学是指在电场作用下，聚合物发生形变和电荷输出现象的一种学科。
其基本原理为外力作用下，聚合物分子链会发生极化，导致电荷重新排列，从而在电场作用下发生形变。
聚合物电动力学可用于制造执行机构、振荡器、传感器、微操作器、变形器等。
二、聚合物电动力学的应用前景1. 执行机构领域聚合物电动力学可用于制作执行机构，如聚合物静电扭矩马达、聚合物压电马达等，能够实现低功耗、快速响应、小体积、高精度等特点，广泛应用于航空、航天、军事和民用领域。
2. 生物医学领域聚合物电动力学也可以用于生物医学领域。
例如，可用于制作细胞培养基底，从而促进细胞繁殖，或用于制作微流控芯片，控制液体流动等。
利用聚合物电动力学还可以制备同步移液器、微型注射器，甚至包括人工肌肉等，在生命科学领域中应用广泛。
3. 人工智能领域另外，聚合物电动力学可以用于人工智能领域。
传统的信息处理方式多采用电子计算机，但随着信息量的增长，电子计算机的能耗和体积变得越来越巨大，从而给人工智能的发展带来一定限制。
有机聚合物 电催化
有机聚合物电催化
有机聚合物是一类由有机化合物分子通过化学键连接而成的高分子材料。
它们具有轻质、柔韧、可塑性强等特点，在许多领域都有广泛的应用，例如塑料制品、纺织品、医疗器械、电子器件等。
电催化是指利用电催化剂（通常为催化剂电极上的金属离子、电极表面的经过改性的材料或电极上沉积的导电聚合物）催化电催化反应中的氧化还原反应。
电化学中的催化反应主要包括电催化氧化和还原反应。
电催化反应往往在能源转化、电化学传感器等领域有广泛的应用，例如燃料电池、电解水制氢等。
有机聚合物的电催化应用包括有机太阳能电池、有机电致变色和电活性发光材料、有机储能材料、有机电化学传感器等。
有机聚合物材料在电催化领域的应用主要基于其丰富的电荷转移能力、优异的电子输运性能和较低的电子亲和力。
同时，通过调控有机聚合物的化学结构和物理性质，可以进一步提高其电催化性能，实现更高效率和稳定性的电催化反应。
PEDOT第十章第八节 PEDOT在电致变色行为的应用
10.8电致变色行为10.8.1引言一些材料根据所施加的电化学电位的变化而改变颜色，这种现象称为电致变色。
电致变色材料早就为大家所知[241,242]。
所有电致变色材料的共同点是电化学触发氧化还原过程，从而改变了材料的光吸收。
玻璃工业已经利用电致变色效应开发了电致变色的多层玻璃（“智能窗”）。
然而，因为严苛的寿命要求，以及其复杂而高成本的生产过程，导致其高价格难以为市场所接受，所以，直到现在，这些窗户没有成功应用与推广。
Sage Electrochromics公司（一家位于美国的公司）和已经退出市场的Velux/USA一起联盟商业化了一个电致变色屋顶窗。
主要的玻璃制造商，例如，Pilkington/FLABEG（德国）和Saint Gobain （法国）尝试将建筑和汽车玻璃中的电致变色窗进行商业化，但都没有成功。
Schott-Donnelly（美国），Saint-Gobain（法国）和Central Glass（日本）证明电致变色窗在汽车天窗玻璃上的应用是可行的，并且已经应用在豪华车的天窗。
所有商业电致变色玻璃基于三氧化钨作为电致变色材料，其必须在高真空下利用溅射工艺喷涂在玻璃表面上。
由于缺乏长期稳定性和液体电解质的低接受性，利用有机紫精化学开发的窗户系统的所有努力已经证明是失败的。
但是其开发了液体和凝胶型汽车后视镜系统（Gentex，美国）和相机的电致变色显示器（尼康，日本）应用技术[243]。
目前，电致变色显示器（特别是基于PEDOT的）在印刷电子领域中受到广泛关注。
其主要目的是利用印刷技术开发纸状显示器。
典型的电致变色材料是联吡啶鎓盐（紫罗碱）[244,245]。
类似于紫罗碱的染料通常由不同的化学物质组成，其电解质在电极处被氧化或还原以形成自由基阳离子和在扩散后电荷重组的阴离子（图10.38和图10.39）。
在这种系统中，需要小但明显的电流来维持着色状态。
与作为电致变色239240剂和液体电解质的电致变色的紫罗碱可以与PEDOT 组合作为透明电极材料[246]。
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第三节
有机化合物的阳极氧化
一、脂肪烃、烯烃的阳极氧化 脂肪烃直接氧化时，C-H键和C-C键断裂生成碳阳 离子。反应的氧化电位很高。当饱和脂肪烃的C-C键 存在张力时，可从最高占有分子轨道移走电子，C-C 键的直接断裂便有可能。 烯烃的氧化的第一步是从双键移去电子生成阳离子 自由基，然后进行加成、取代或二聚。共轭双烯阳 极氧化1，4加成反应已用于有机合成。芳香基取代 烯烃中，最有用的是阳极氧化二轴聚。非共共轭双 烯氧化可能发生跨环、取代、加成。烯烃还可电化 学环氧化。
介电常数：高介电常数的溶剂中，盐类较易溶解。 溶解能力：极少数溶剂能溶解有机物和无机盐。水 对无机盐的溶解能力较好,对有机物的溶解能力较差； 有机溶剂一般溶解无机盐的能力较差。用水与有机溶 剂（如乙醇、乙腈、DMF）组成混合溶剂，用某些 支持电解质（如四烷基铵的甲苯磺酸盐）可以提高溶 解能力。四烷基铵盐能溶于多数极性溶剂中，也溶于 极性较差的溶剂，如氯仿、二氯甲烷中。乙腈、 DMF、DMSO对有机物和多种盐有较好的溶解能力。
第五节 有机电合成的电解槽和电解工业 （同学自学） 第六节 导电聚合物 （同学自学） 一、概述 导电聚合物的制备方法：化学氧化聚合法；电 化学氧化聚合物 影响导电能力的掺杂方法：氧化剂；还原剂； 电化学氧化或还原；质子掺杂 二、导电聚合物在电池中的应用 塑料电池： 三、化学修饰电极和聚合物修饰电极 第七节 有机电致显色材料 第八节 有机电合成的某些专题
醛氧化得羧酸。
酰胺阳极氧化可得甲氧基产物。
三、有机物电化学卤化 电化学氟化
阳极氯化、溴化和碘化
四、含氮化合物、含硫化合物的阳极氧化 简单脂肪胺的氧化电位较低，例如(G H7)：NH的 氧化电位为l．26 V(vs NHE)。在适量水存在下电氧 化，脂肪胺常被去烷基化(10．38)，从叔胺开始， 可以相继变为仲胺、伯胺、以至氨。脂肪胺阳极去 烷基化已应用于复杂药物的N一去烷基代谢物的合成。
二、支持电解质 支持电解质：溶解度和分解电压高的盐类。如高 氯酸盐、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、硝酸盐、羧 酸盐、芳香磺酸盐、四苯基硼酸盐。决定阳离子 是否可用要看其析出电位，实际上只有碱金属离 子、碱土金属离子、铵离子和四烷基铵离子是可 以采用的。此外，还应考虑离子对的形成、溶剂 化和吸附。
三、参比电极 在有机物体系中，采用有机溶剂，不同溶剂有不同 的氧化还原电位。 甘汞电极：广泛用于非水溶剂，把水溶液的甘汞电 极连接非水溶剂中，要设法避免沾污溶剂。可用非 水溶液盐桥。 银-氯化银电极：也常用于非水溶剂中，要防止直 接接触所研究的体系，否则电位不稳定。
活性烯烃用0q作亲电试剂，进行阴极羧酸化(10.63)。
芳香化合物电还原进行l，4加成，得到二氢化合物
杂环化合物如吡啶、吲哚、咔唑的衍生物进行阴极 还原，也在C=C双键上进行加成
二、有机卤代物的阴极还原 脂肪族卤化物阴极还原时，发生脱卤(10．66)、 引入双键(10．67)。
C-C偶联(10．68)、
(2)取代反应：阴极取代是亲电试剂分子对亲核基团 的进攻，通式如(10．6)所示，例如卤代烃的还原取 代(10．7)。阳极取代的情况正好相反，通式如 (10．8)式所示，例如芳香化合物的酰化作用(10．9)
(3)消除反应：此乃加成反应的逆过程。例如阳极 脱羧(10．10)和阴极脱卤(10．11)。
生成有机金属化合物(10．69)
合成环化合物(10．70)
三、羰基化合物的阴极还原 1、醛和酮的阴极还原 醛和酮阴极还原时，通常在酸性条件下羰基还原 为羟基，在碱性条件下发生还原偶合反应。
甲醛电还原偶合为乙二醇(10．73)已实现工业化生 产。羰基化合物电还原时还可与烯烃、卤化物发生 交错偶联。
芳香胺阳极氧化产物很多，生成何种产物视对象和 条件而定。
硫醇及硫醇钠阳极氧化易生成二硫化物，
五、芳香化合物的阳极的官能化 这类阳极反应在有机合成中应用最多，氧化时芳香 环的兀电子转移到阳极，生成芳族的1 阳离子自由 基或阳离子，进行芳香取代或偶合。 取代反应包括直接合成芳醇酯、多甲氧基芳烃化 合物、醌、酚、N一芳基乙酰胺、硝基化合物、卤 代芳烃、芳腈等，
偶合反应包括分子内偶合和分子间偶合二种
六、杂环化合物的阳极氧化
七、间接氧化
第四节 有机化合物的阴极还原
一、含C=C双键化合物的阴极还原 活性烯烃(双键有强拉电子基团)电还原最重要的反 应是丙烯腈阴极氢化二聚，生成己二腈(10．61)。 活性烯烃与羰基化合物发生阴极偶联反应，例如丙 烯酸酯与丙酮电还原得到内酯(10．62)。
第十章 有机电化学和电活性 聚合物简介
第一节 有机电化学反应的特点和分类
一、有机电化学反应的特点 应用范围：有机化合物的电合成； 电合成高分子 材料；能量转换；制作显示元件和敏感元件；天然 物质的电化学变换。 电极的固液界面上生成活泼中间体表现出独特的 性质： 立体定向性；分布的特殊性。
二、有机电化学反应的分类 在无机物电氧化还原中许多情况下只是电荷 转移，例如Fe2+=Fe3++e，失一电子； 有机物电氧化还原包括共价键的形成与破裂， 有机反应的类型比较复杂。 按有机反应特点分类： (1)加成反应：阴极加成多半为两个亲电子试 剂和电子一起加成到双键化合物上，例如烯烃的 氢化反应(10．4)。 阳极加成则是亲核试剂和双键的加成，在此 同时要失去电子，例如呋喃与醇在阳极上进行的 反应(10．5)。
二、醇、醚、羰基化合物的阳极氧化 饱和脂肪醇直接氧化不一定有效，因其氧化电 位相当高。但选择适宜的溶剂和支持电解质或电 极材料，能取得较好的效果。 羰基化合物有醛、酮、酰胺等，其中羧酸根的 阳极氧化被研究最多，如著名的Kolbe反应。羧酸 根电氧化有两种可能，单电子氧化或双电子氧化。 在碱金属羧酸盐溶液中，进行单电子氧化、脱羧， 生成的自由基二聚得到烃类。电氧化发生在 2.1~2.4V，介质可用甲醇或水溶液。在铂电极目 醋酸根脱羧二聚得到乙烷。如果自由基较稳定且 反应条件适合，则由羧酸根生成的自由基进一步 电氧化后，与亲核试剂反应，可产生多种产物， 如醇、醛、酯、卤代烃。
(4)官能团转换反应：还原转换例如(10．12)， 氧化转换例如(10．13)。
按电极反应特点分类： 阳极氧化反应 阴极还原反应质和参比电极
一、溶剂 溶剂分类：质子传递溶剂和非质子传递溶剂两大 类 选择溶剂时应考虑的因素： 质子的活度：对质子传递溶剂而言，质子对电极 反应的影响较大，尤其是还原。质子活度高的溶剂 中，常在较正的电位下发生氧化，阳离子自由基更 稳定。对非质子传递溶剂而言，电极反应生成的阴 离子自由基可以长期存在，但需考虑除水。 可用电位范围：通电时溶剂不会分解，溶剂不分 解的电位范围（又称电位窗）越宽越好。对于一定 体系，电位范围取决于电极材料、支持电解质、溶 剂和温度。
温度范围：溶剂在合适的温度范围内为液相，使 用时蒸汽压不会太高。采用密封系统或溶解盐浓 度高时，会减少溶剂的挥发。 化学稳定性：溶剂使用时不能与电极、反应物、 中间产物、产物起化学作用。 其他：选用的溶剂尽可能价格便宜，无毒、不可 燃。多数有机溶剂有毒和易燃。溶剂的粘度也要 考虑，低粘度有利于扩散和电解液循环。
2、羧酸的阴极还原 羧酸电还原可得醛，其中由草酸阴极还原为乙 醛酸已实现工业化
3、酯、酰按的还原 芳香酯和杂环芳香酯电还原为相应的醇，类似于羧 酸的电还原。
四、含氮化合物的阴极还原 1、芳香硝基化合物的电还原 电合成联苯胺 电合成对氨基苯酚 电合成苯胺 2、脂肪硝基化合物的电还原 3、偶氮化合物、腈的电还原 五、含硫化合物的阴极还原 二硫化合物几乎可以完全电还原为硫醇化合物。