基于喹喔啉共轭稠环扩展的新型中性绿色电致变色聚合物的设计与性能研究

本研究针对中性态绿色电致变色聚合物（ECP）性能不足的问题，通过共轭稠环扩展策略设计并合成了以苯并噻二唑（BT）和喹喔啉（Qx）为受体单元的D-D'-A-D'-D型单体ETBT/ETBQx及其聚合物PETBT/PETBQx。结果表明，PETBQx展现出中性态绿色至氧化态蓝色的显著颜色转变，其着色效率（CE）达327.1 cm2 C?1，光学对比度提升至37.5%（1100 nm），为高性能电致变色材料开发提供了新思路。

　　

电致变色材料能在电场作用下可逆改变颜色，在智能窗、显示器件等领域具有重要应用。然而，实现中性态绿色电致变色聚合物（ECP）仍面临巨大挑战——传统材料多呈现红/蓝色，而绿色需同时调控红蓝双波段吸收且易在氧化过程中衰减。尽管2004年Wudl团队首次报道中性绿色聚合物，但现有材料的性能（如光学对比度、着色效率）仍待提升。

为解决这一难题，广东某高校的研究团队在《European Polymer Journal》发表研究，创新性地通过共轭稠环扩展策略，将苯并噻二唑（BT）和喹喔啉（Qx）衍生物作为强吸电子受体单元，设计出两种D-D'-A-D'-D型单体ETBT和ETBQx。其中ETBQx基于7a,11a-二氢二噻吩并[3′,2′:3,4;2′’,3′’:5,6]苯并[1,2-g]喹喔啉（DTQx）核心，具有更大的共轭π平面。通过电化学聚合法制备的聚合物PETBQx表现出突破性性能：中性态呈现纯净绿色，氧化态转为饱和蓝色，着色效率（CE）高达327.1 cm² C^?1，1100 nm处光学对比度达37.5%，显著优于传统材料。

关键技术方法
研究采用溴化反应和Stille偶联反应合成单体，通过电化学聚合法（保留氧化电位E_onset监测）制备聚合物；利用紫外-可见光谱分析吸收红移（ETBQx比EBT红移40 nm），循环伏安法测定能级结构；通过光谱电化学测试量化电致变色性能参数（CE、光学对比度）。

研究结果

1. 合成与表征：成功制备含稠环扩展结构的单体ETBT/ETBQx，ETBT起始氧化电位低至0.55 V，ETBQx摩尔吸光系数显著提高。
2. 光学与电化学性能：稠环扩展使PETBQx吸收光谱红移，带隙（E_g）降低，HOMO/LUMO能级下移，增强π-π堆积和电化学稳定性。
3. 电致变色性能：PETBQx实现绿色-蓝色可逆转变，其CE值（327.1 cm² C^?1）和光学对比度（37.5%）远超PETBT，归因于稠环扩展提升的共轭效应。

结论与意义
该研究通过稠环扩展策略突破性地优化了中性绿色ECP的性能：DTQx衍生物的引入不仅扩大共轭体系、降低带隙，还通过增强分子间π-π相互作用提高电荷传输效率。PETBQx的高CE值和优异光学对比度为智能窗、低功耗显示器等应用提供了新材料选择。研究证实共轭稠环扩展是调控ECP性能的有效手段，为开发多色系高性能电致变色材料开辟了新路径。