二维共价有机框架薄膜的近红外电致变色性质研究

吴凯

北京大学化学与分子工程学院，北京 100871

二维共价有机框架薄膜的近红外电致变色性质。

共价有机框架(COF)材料是一类由共价键连接的有机多孔结晶材料。COF材料具有良好的稳定性和可设计性，在近十余年来引起了研究人员的广泛关注1,2。为了规避COF材料粉末较难溶解和加工的问题，直接制备薄膜形态的COF材料具有重要的研究价值3,4。其中，取向性的二维共轭COF薄膜，在电化学、有机电子学和光电化学领域展现出了良好的应用潜力5-7。例如，直接在金电极表面生长的取向性COF薄膜，相较于非取向薄膜展现出了更为优越的超级电容器性能5。而生长在ITO电极上的取向性COF薄膜，则具有比非晶薄膜更优越的光电解水性能6。取向性二维共轭COF薄膜材料具有垂直于基底的孔道结构、面内大π共轭结构和层间堆积结构，相对于非取向COF薄膜或非晶材料，在电化学领域的应用中具有显著的优势。通过对单体和结构进行适当的设计，取向性二维COF薄膜可以在更多的电化学领域中展现出优越的应用潜力。

最近，中国科学院化学研究所王栋研究员课题组和钟羽武研究员课题组在国际化学领域刊物Journal of the American Chemical Society上发表了题为《取向性二维共价有机框架薄膜的近红外电致变色应用》的论文8，首次报道了取向性二维COF薄膜在电致变色领域的应用，全面研究了其近红外电致变色性质。在该工作中，作者利用固液界面溶剂热法，在透明导电玻璃ITO电极表面直接生长了具有良好结晶性和取向性的二维COF3PA-TT薄膜。在着色和褪色电压切换过程中，COF3PA-TT电极在可见光区和近红外光区展现出了可逆的颜色变换和光谱变换。光谱结果表明薄膜的近红外电致变色性质来源于COF中共轭连接的三苯胺活性中心之间的价间电荷转移。与同组分的非晶薄膜相比较，COF3PA-TT薄膜具有更为良好的电化学稳定性，这得益于COF规整的层间堆积所带来的电荷层间离域，而COF的取向性孔道结构有利于离子交换的。基于COF3PA-TT薄膜，进一步制备了COF3PA-TT的准固态电致变色器件，该器件展现出了良好的透过率变化范围和稳定性，证明了COF材料在电致变色器件中实用的可能性。

这项工作证实了COF材料的结晶性和二维结构在电致变色研究中的重要性，为通过单体和结构设计进一步获得性能更为优越的响应性COF材料开拓了新的研究方向。