通过多重电活性中心设计提升聚酰胺电致变色稳定性研究

本研究针对电致变色材料稳定性不足的难题，创新性地设计合成含三苯胺(TPA)多重电活性中心的聚酰胺(PAs)。通过引入三/二电活性氮核结构，开发出具有近红外吸收、高光学对比度(Δ%T=49.6%)和超强稳定性(20000次循环后CE衰减仅2.0%)的新型电致变色材料，为智能窗等节能技术提供关键材料支撑。

　　

随着全球变暖加剧，节能技术成为研究热点。其中，能动态调节光线透过率的电致变色材料在智能窗领域展现出巨大潜力。这类材料通过外加电压实现可逆颜色变化，可有效调控室内采光与热辐射。然而，现有材料普遍面临稳定性差的核心瓶颈——多数三苯胺(TPA)基聚合物在2000次循环后就会出现10%的性能衰减，严重制约其商业化应用。

台湾省某研究机构的研究团队在《European Polymer Journal》发表创新研究，通过分子设计策略成功突破这一限制。他们提出"多重电活性中心"的创新概念，设计合成两种含不同数量TPA氮核的新型聚酰胺(PAs)：含三个电活性中心的Ia和含两个电活性中心的Ib。这些材料不仅实现多色电致变色，更展现出创纪录的稳定性——在首阶段氧化过程中，Ia材料经历20000次循环后，其在1232 nm和430 nm处的着色效率(CE)衰减分别仅为2.0%和3.4%。

研究采用磷酸化缩聚反应合成聚合物，通过循环伏安法评估氧化还原特性，紫外-可见-近红外光谱分析光学性能，热重分析测定热稳定性。关键创新在于通过铜催化C-N偶联反应构建含多重TPA中心的二胺单体，再与芳香二羧酸缩聚获得目标聚合物。

研究结果显示：

1. 材料合成：成功制备含叔丁基取代基的新型二胺单体4和6，并通过磷酸化缩聚获得可溶性聚酰胺Ia和Ib。
2. 电化学特性：含三电活性中心的Ia表现出更稳定的阳离子自由基，氧化电位比传统TPA聚合物低0.15V。
3. 电致变色性能：Ia在1232 nm处达到49.6%的光学对比度，响应时间仅4.0/1.8秒，且20000次循环后CE值保持97%以上。
4. 光谱特性：氧化态聚合物在近红外区呈现强吸收，证实其作为双波段电致变色材料的潜力。

这项研究的重要意义在于：

1. 通过分子设计证实多重电活性中心可显著提升电致变色稳定性，为解决该领域核心瓶颈提供新思路。
2. 开发出兼具高稳定性(20000次循环)、快速响应(<5秒)和宽谱调控(可见-近红外)的聚酰胺材料。
3. 揭示化学结构与性能的构效关系：三电活性中心结构比双中心具有更优异的电荷离域能力，叔丁基取代则进一步稳定阳离子自由基。
4. 为智能窗等节能应用提供材料基础，通过近红外调控可有效管理太阳辐射热，预计可降低建筑能耗30%以上。

该研究不仅推动电致变色材料向实用化迈进，其"多重活性中心"的设计理念更为有机电子材料开发提供普适性策略。未来通过调控不同电活性中心的数量与空间排列，有望实现更丰富的颜色调控和更优异的性能组合。