吳凱

北京大學化學與分子工程學院，北京 100871

二維共價有機框架薄膜的近紅外電致變色性質(zhì)。

共價有機框架(COF)材料是一類由共價鍵連接的有機多孔結(jié)晶材料。COF材料具有良好的穩(wěn)定性和可設(shè)計性，在近十余年來引起了研究人員的廣泛關(guān)注1,2。為了規(guī)避COF材料粉末較難溶解和加工的問題，直接制備薄膜形態(tài)的COF材料具有重要的研究價值3,4。其中，取向性的二維共軛COF薄膜，在電化學、有機電子學和光電化學領(lǐng)域展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用潛力5-7。例如，直接在金電極表面生長的取向性COF薄膜，相較于非取向薄膜展現(xiàn)出了更為優(yōu)越的超級電容器性能5。而生長在ITO電極上的取向性COF薄膜，則具有比非晶薄膜更優(yōu)越的光電解水性能6。取向性二維共軛COF薄膜材料具有垂直于基底的孔道結(jié)構(gòu)、面內(nèi)大π共軛結(jié)構(gòu)和層間堆積結(jié)構(gòu)，相對于非取向COF薄膜或非晶材料，在電化學領(lǐng)域的應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢。通過對單體和結(jié)構(gòu)進行適當?shù)脑O(shè)計，取向性二維COF薄膜可以在更多的電化學領(lǐng)域中展現(xiàn)出優(yōu)越的應(yīng)用潛力。

最近，中國科學院化學研究所王棟研究員課題組和鐘羽武研究員課題組在國際化學領(lǐng)域刊物Journal of the American Chemical Society上發(fā)表了題為《取向性二維共價有機框架薄膜的近紅外電致變色應(yīng)用》的論文8，首次報道了取向性二維COF薄膜在電致變色領(lǐng)域的應(yīng)用，全面研究了其近紅外電致變色性質(zhì)。在該工作中，作者利用固液界面溶劑熱法，在透明導電玻璃ITO電極表面直接生長了具有良好結(jié)晶性和取向性的二維COF3PA-TT薄膜。在著色和褪色電壓切換過程中，COF3PA-TT電極在可見光區(qū)和近紅外光區(qū)展現(xiàn)出了可逆的顏色變換和光譜變換。光譜結(jié)果表明薄膜的近紅外電致變色性質(zhì)來源于COF中共軛連接的三苯胺活性中心之間的價間電荷轉(zhuǎn)移。與同組分的非晶薄膜相比較，COF3PA-TT薄膜具有更為良好的電化學穩(wěn)定性，這得益于COF規(guī)整的層間堆積所帶來的電荷層間離域，而COF的取向性孔道結(jié)構(gòu)有利于離子交換的?；贑OF3PA-TT薄膜，進一步制備了COF3PA-TT的準固態(tài)電致變色器件，該器件展現(xiàn)出了良好的透過率變化范圍和穩(wěn)定性，證明了COF材料在電致變色器件中實用的可能性。

這項工作證實了COF材料的結(jié)晶性和二維結(jié)構(gòu)在電致變色研究中的重要性，為通過單體和結(jié)構(gòu)設(shè)計進一步獲得性能更為優(yōu)越的響應(yīng)性COF材料開拓了新的研究方向。