电致变色金属有机框架的多向色彩调控：基于拓扑工程和连接体安装的分子级调色板

本研究针对传统电致变色材料在色彩调控精度和稳定性方面的不足，开发了基于锆基金属有机框架（Zr-MOFs）的多向电致变色平台。通过系统组合萘二酰亚胺（NDI）主连接体（R基团）和辅助连接体（X基团），构建了40种具有csq/scu拓扑的NKM-908-R/NKM-906-R系列薄膜。研究发现，通过R基团修饰可增强"主色调"强度，TPDC-X辅助连接体引入可产生"次色调"，而拓扑结构调整可调控X连接体数量实现色彩强化。该工作首次在MOF材料中实现了类日常调色板的多变量电致变色控制，为智能显示和防伪领域提供了分子级精度的定制化解决方案。

　　

在现代智能设备快速发展的背景下，电致变色材料作为能在外加电场下改变颜色的功能材料，在智能显示、调光窗户和自适应表面等领域展现出巨大应用潜力。然而传统电致变色材料面临两难困境：无机材料虽结构稳定但变色性能有限，有机材料色彩丰富却耐久性欠佳。金属有机框架（MOFs）作为无机-有机杂化材料，理论上可兼具两者优势，但现有电致变色MOFs的设计合成往往需要重构发色团核心或改变框架结构，导致工艺复杂且难以系统调控。

南开大学材料科学与工程学院的研究团队在《National Science Review》发表创新研究，通过晶体工程策略开发出首个MOF基电致变色"调色板"。研究以40种锆基MOF薄膜为平台，系统探索了连接体修饰和拓扑结构对电致变色行为的调控机制。研究人员采用溶剂热法合成MOF晶体，通过原位生长制备薄膜，利用X射线衍射和电子衍射解析结构，结合电化学测试和原位紫外-可见光谱分析电致变色性能，并采用HSL/RGB模型量化颜色坐标。

NKM-908-R系列

通过保持NDI核心不变而修饰末端R基团（-H/-Me/-OMe/-F/-OH），构建了具有(4,8)-连接csq拓扑的MOFs。比表面积测试显示其具有2,101-2,925 m² g^-1的BET值，电化学测试证实其遵循NDI?NDI^-?NDI^2-的氧化还原路径。研究发现给电子基团（-OH/-F）能显著增强光吸收，使ΔT值从-H基的35.5%提升至-OH基的68.4%。

NKM-906-R系列

通过调节合成条件获得(4,8)-连接scu拓扑材料。虽然其比表面积（287-533 m² g^-1）低于908系列，但结构中存在两类配位不饱和口袋，为后续连接体安装提供了更多位点。

连接体安装策略

选择三种长度匹配的TPDC-X辅助连接体（X=AN/Py/TDA）进行后合成修饰。单晶结构显示NKM-908-R-TPDC-X保持(4,10)-连接拓扑，而NKM-906-R-TPDC-X形成(4,12)-连接框架。值得注意的是，906系列因能安装更多X连接体（n_R:n_X=1:1 vs 908系列的2:1），表现出更显著的光谱特征：TPDC-AN衍生物在-1.1V呈现灰蓝色（λ_max≈475nm），TPDC-Py在-2.2V显示红棕色（吸收带400-550nm），TPDC-TDA则在-1.6V产生紫色（强吸收520nm）。

该研究创新性地实现了电致变色性能的"三重调控"：R基团修饰控制主色强度、X连接体选择决定次色类型、拓扑结构调整改变次色比例。40种材料覆盖了HSL色域的大范围区域，且色彩演变完全遵循RGB混色原理。薄膜在10次循环后仍保持结构稳定，着色/褪色时间最快达5.3/4.1秒，优于多数报道的MOF电致变色材料。这项工作不仅建立了首个可预测、可定制的MOF电致变色平台，更为开发分子级精度的智能光学器件提供了新范式。