基于二苯并芴-三苯胺单体的电致变色聚酰胺设计及其在智能窗中的高对比度节能应用研究

针对电致变色智能窗(ESW)材料寿命短、稳定性差的问题，研究人员通过设计含二苯并芴-三苯胺(TPA)的"平面-扭曲"结构单体，合成出具有优异溶解性的聚酰胺(PA)薄膜DPFTPA-OA。该材料在520 nm处实现79%透光率变化，响应时间达2.2 s/1.3 s（着色/褪色），循环稳定性达1200次，并通过EnergyPlus 模拟证实其在中国多数城市具有显著节能效果，为碳中和技术提供了新思路。

　　

随着全球能源危机加剧，建筑节能成为实现碳中和目标的关键环节。电致变色智能窗(EC Smart Windows, ESW)能通过电压调控透光率，动态管理太阳辐射热量，是当前研究热点。然而传统无机材料如WO₃
存在色彩单一、响应慢等缺陷，有机聚合物材料虽可调控性强，但普遍面临电解质离子反复嵌入/脱嵌导致的薄膜溶胀破裂问题，严重影响使用寿命。更棘手的是，作为核心电活性单元的三苯胺(TPA)易氧化形成二聚体，破坏电化学稳定性。如何平衡分子平面性（促进电子传输）与空间位阻（抑制过度堆积），成为开发高性能电致变色材料的关键科学问题。

黑龙江大学的研究团队创新性地将二苯并芴与TPA结合，设计出"体积-平面-体积"(TPA-二苯并芴-TPA)结构的二胺单体，通过磷酸化缩聚反应制备了系列聚酰胺(PA)。其中DPFTPA-OA薄膜表现出79%的透光率变化(520 nm)、2.2 s/1.3 s的快速响应能力，以及1200次循环后仅3%性能衰减的卓越稳定性。相关成果发表于《European Polymer Journal》，为智能窗材料开发提供了新范式。

研究采用Ullmann缩合反应合成二硝基前体(DPFTPA-N)，经Pd/C催化氢化获得二胺单体(DPFTPA-A)，再与四种二羧酸通过磷酸化缩聚制备PA。通过FTIR、NMR、GPC等技术表征结构，循环伏安法(CV)测试电化学性能，紫外-可见光谱(UV-Vis)监测透光率变化，并结合原子力显微镜(AFM)观察薄膜形貌。

合成与基本性质
DPFTPA-OA的C9位两个苯环形成117°二面角，这种扭曲结构有效抑制分子过度堆积，为离子传输创造通道。荧光猝灭实验证实其可检测2,4,6-三硝基苯酚(TNP)，猝灭常数K_sv

达2.2×10⁵
，检测限43 nM。

电致变色性能
材料呈现无色-红-蓝的多色变化，归因于TPA自由基阳离子(TPA⁺
)在400 nm和800 nm的双波段吸收。二苯并芴平面核促进主链间电子跃迁，使电子能快速从聚合物链传导至基底。

节能模拟
EnergyPlus
模拟显示，在中国多数城市气候条件下，采用DPFTPA-OA的ESW可优化室内外辐射热交换，较普通玻璃显著降低空调能耗。

该研究通过分子工程策略，巧妙融合二苯并芴的平面电子传输优势与TPA的空间位阻效应，解决了电致变色材料稳定性与响应速度的权衡难题。DPFTPA-OA兼具高对比度、快速响应和优异循环稳定性，其电压调控的太阳辐射管理能力为建筑节能提供了新材料选择。特别值得注意的是，材料对TNP的高灵敏度检测功能，拓展了其在环境监测领域的应用可能。这项工作不仅为多功能电致变色材料设计提供了新思路，也为实现"双碳"目标提供了切实可行的技术方案。