當前能源需求持續攀升，化石燃料枯竭及環境污染問題促使科研界致力于開發高效的能源存儲技術。在人工智能與電子技術飛速發展的背景下，具備多功能特性的超級電容器成為研究熱點。通過將超級電容器與電色技術融合，構建出的電致變色超級電容器能夠利用顏色變化實時光學監測儲能狀態，在智能窗戶、建筑玻璃幕墻及可穿戴電子設備中展現出巨大的應用潛力。這種集成化系統不僅有助于節能，還能有效防止設備過充或過載，是實現能源供應可持續性的關鍵方向。

在實際應用中，開發同時具備高性能電致變色和高能量存儲能力的材料仍面臨嚴峻挑戰。現有的氧化還原活性材料，如過渡金屬氧化物和部分共軛聚合物，雖然被廣泛應用，但難以兼顧優異的對比度、快速切換速度、高電容量以及良好的機械柔韌性。此外目前針對二苯并五元環類聚合物的研究主要集中在咔唑和芴衍生物，而具有剛性平面結構和優良空穴傳輸能力的二苯并噻吩在電致變色領域的探索相對滯后，且現有的功能化策略往往因結構扭曲損害了分子的共軛完整性，導致循環穩定性不足。

針對上述問題，由臺州學院、浙江工業大學等機構組成的聯合研究團隊利用澤攸科技的JS系列臺階儀進行了系統研究，團隊將二苯并噻吩單元引入電致變色超級電容器領域，通過在共軛骨架的3和7位點進行對稱功能化設計，成功研制出兼具顯著顏色變化、高光學對比度及循環穩定性的新型共軛聚合物薄膜材料。

研究團隊通過在二苯并噻吩（DBT）單元的3,7位點對稱引入噻吩衍生物單元，設計并合成了兩種新型有機單體DBT-E和DBT-P。實驗測試與密度泛函理論計算共同證實，相比于傳統的2,8位點取代方式，在3,7位點進行功能化處理能夠顯著降低單體的能量帶隙并減小分子間的扭轉角，從而有效增強了高分子骨架的共軛程度。這一分子設計策略為后續制備具有低氧化電位和高電化學穩定性的共軛聚合物薄膜奠定了關鍵的結構基礎。

圖 (a)單體與聚合物的合成路線；(b)聚合物 pDBT-E 和 pDBT-P 的電聚合過程示意圖

圖 pDBT-E (a-c, g) 與 pDBT-P (d-f, h) 薄膜的電化學聚合曲線、掃描電子顯微鏡圖像及原子力顯微鏡圖像

利用循環伏安法，研究人員在氧化銦錫玻璃基底上成功實施了單體的電化學聚合，獲得了厚度分別約為240納米和154納米的pDBT-E與pDBT-P共軛聚合物薄膜。為了精準掌握薄膜的物理特性，團隊通過掃描電子顯微鏡觀察到薄膜表面呈現出松散的顆粒狀堆積結構，這種微觀形貌極大地促進了電解質離子的快速傳輸。在此過程中，澤攸科技的JS系列臺階儀發揮了不可替代的作用，它以高精度的測量能力準確判定了聚合物薄膜的厚度規格，為評估材料的體積比容量提供了可靠的物理參數支撐。

圖 (a) pDBT-E 和 (b) pDBT-P 薄膜在 0.1 M TBAPF6/ACN 溶液中于不同工作電位下的光譜電化學圖

圖 (a) pDBT-E 和 (d) pDBT-P 薄膜在 20 至 200 mV/s 不同掃描速率下的循環伏安（CV）曲線

實驗結果顯示，pDBT-E和pDBT-P薄膜表現出極其優異的多功能特性，能夠在橙黃與深藍之間進行可逆的顏色切換，其色差值分別達到了52.4和47.4。在電化學性能方面，pDBT-P展現出高達每立方厘米64.6法拉的體積比容量，并且在經過8000次循環測試后依然保持了72%的光學對比度，這一指標代表了目前二苯并噻吩類電致變色材料的高水平。此外，由于其非擴散限制的電容性電荷存儲機制，材料表現出極快的響應速度和出色的倍率性能。

圖 (a) pDBT-E 和 (b) pDBT-P 薄膜在 2 至 50 A/cm3 不同電流密度下的恒流充放電（GCD）曲線。 (c) pDBT-E 和 (d) pDBT-P 薄膜在 2 至 50 A/cm3 不同電流密度下的體積比容量與庫侖效率。 (e) pDBT-E 和 (f) pDBT-P 薄膜在 10 A/cm3 電流密度下的 GCD 循環穩定性

為了驗證材料的實際應用潛力，研究團隊以新型聚合物作為活性層，成功構建了夾層結構的非對稱電致變色超級電容器器件。該器件在充電和放電過程中能夠展現出明顯且可逆的顏色波動，將儲能狀態精確地映射為直觀的視覺信號，有效實現了對能量存續水平的實時監測。這項工作不僅標志著二苯并噻吩被成功應用于電致變色超級電容器，也為未來開發高性能的多功能智能顯示器及可穿戴電子設備開辟了新的技術路徑。

圖 (a) 本研究中電致變色超級電容器（ESC）器件的結構示意圖。 (b) 基于 pDBT-E 的器件（尺寸：2.5 × 2.5 cm2）在不同工作電位下的光譜電化學圖，內插圖展示了電致變色（EC）的顏色變化。 (c) 基于 pDBT-E 的器件在 635 nm 處的開關響應和光學對比度。 (d) 基于 pDBT-E 的器件在 20 至 200 mV/s 不同掃描速率下的循環伏安（CV）曲線。 (e) 基于 pDBT-E 的器件在 2 至 50 A/cm3 不同電流密度下的恒流充放電（GCD）曲線及 (f) 體積比容量與庫侖效率。 (g) 基于 pDBT-E 的器件在 10 A/cm3 電流密度下的 GCD 循環穩定性。 (h) 基于 pDBT-E 的器件在 10 A/cm3 電流密度下，635 nm 處的透光率變化與 GCD 曲線的關聯圖，及相應的顏色變化

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