二維共價(jià)有機(jī)框架薄膜的近紅外電致變色性質(zhì)研究

吳凱

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871

二維共價(jià)有機(jī)框架薄膜的近紅外電致變色性質(zhì)。

共價(jià)有機(jī)框架(COF)材料是一類由共價(jià)鍵連接的有機(jī)多孔結(jié)晶材料。COF材料具有良好的穩(wěn)定性和可設(shè)計(jì)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?jī)r(jià)值3,4。其中，取向性的二維共軛COF薄膜，在電化學(xué)、有機(jī)電子學(xué)和光電化學(xué)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(zhǎng)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(jí)電容器性能5。而生長(zhǎng)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(duì)于非取向COF薄膜或非晶材料，在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)單體和結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，取向性二維COF薄膜可以在更多的電化學(xué)領(lǐng)域中展現(xiàn)出優(yōu)越的應(yīng)用潛力。

最近，中國科學(xué)院化學(xué)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(xué)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(jià)有機(jī)框架薄膜的近紅外電致變色應(yīng)用》的論文8，首次報(bào)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(dǎo)電玻璃ITO電極表面直接生長(zhǎng)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(jià)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(xué)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(jìn)一步制備了COF3PA-TT的準(zhǔn)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(shí)用的可能性。

這項(xiàng)工作證實(shí)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(jì)進(jìn)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。