基于噻吩共价有机框架的结构设计与电致变色性能增强研究

本研究针对传统电致变色材料光学对比度低、响应速度慢等问题，通过分子设计策略构建了含双氧化活性单元的D-A型共价有机框架（COF）。以[2,2′-联噻吩]-5,5′-二甲醛（BTDA）为核心单体，引入三苯胺基团和缺电子三嗪环，成功制备出BTPB-COF、BTPA-COF和BTPT-COF三种材料。其中BTPA-COF光学对比度提升16.12%，响应时间缩短至0.8秒，为智能窗、电子纸等器件开发提供了新材料体系。

　　

在物联网时代背景下，智能调光材料的需求日益迫切。电致变色材料因其主动可控、响应快速等优势，在智能窗、电子标签等领域展现出巨大潜力。然而传统材料存在光学对比度不足、循环稳定性差等瓶颈。共价有机框架（COF）作为新型多孔晶体材料，其可设计的空间结构和规则孔道特性为突破这些限制提供了可能。西安科技大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表的研究中，创新性地将噻吩基团引入COF骨架，通过结构调控显著提升了材料性能。

研究采用溶剂热法，以[2,2′-联噻吩]-5,5′-二甲醛（BTDA）为电子供体，分别与三(4-氨基苯基)苯（TAPB）、三(4-氨基苯基)胺（TAPA）和2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪（TAPT）三种含氮单体反应，构建了BTPB-COF、BTPA-COF和BTPT-COF三种薄膜材料。通过FTIR、Raman、XRD等技术确认结构，并系统评估了电化学与电致变色性能。

材料形貌与结构分析
红外光谱在1584 cm^?1（BTPB-COF）、1606 cm^?1（BTPA-COF）和1527 cm^?1（BTPT-COF）处均检测到C=N特征峰，证实亚胺键成功形成。XRD显示材料具有典型AA堆积方式，其中BTPT-COF的层间距最小（3.52 ?），这得益于三嗪环的平面刚性结构。

电化学性能研究
循环伏安测试表明，引入三苯胺的BTPA-COF呈现双氧化还原峰，对应噻吩（0.45 V）和三苯胺（0.82 V）的协同作用。而含三嗪的BTPT-COF因D-A效应使氧化电位降低0.12 V，电荷转移电阻减少38.7%，证实电子传输能力提升。

电致变色特性
BTPA-COF在650 nm处光学对比度达56.3%，较BTPB-COF提升16.12个百分点。其着色/褪色时间分别缩短至0.8秒和0.6秒，优于多数报道的COF材料。BTPT-COF则展现出独特的双波段响应，在450 nm和780 nm处同步调制，这源于D-A结构引起的分子内电荷转移（ICT）效应。

结论与展望
该研究通过精准分子设计，证实了三苯胺双活性单元和D-A结构对COF电致变色性能的协同增强作用。BTPA-COF的高对比度与BTPT-COF的快速响应特性，为开发新一代智能窗和动态显示器件奠定了基础。未来可进一步探索COF薄膜的大面积制备工艺，并研究其在柔性器件中的适用性。这项工作不仅拓展了COF材料在光电领域的应用边界，也为多功能集成材料的理性设计提供了新思路。