电致变色材料作为一种智能材料，主要包括金属氧化物、紫罗晶类化合物及其衍生物、有机无机杂化材料等，已在电子显示、信息存储、智能窗口等领域展示了重要的应用潜质。尽管目前已报道的电致变色材料表现出了较为优异的性能，设计和开发纯有机组分、原子利用率高（避免引入无效组分）、循环寿命长、易于回收的新型电致变色材料仍然十分必要。近日，中国科学院福建物构所曹荣课题组和刘天赋课题组合作，利用电泳法首次制备了基于氢键有机框架（HOFs）的电致变色薄膜。该薄膜具有循环寿命长、透明度高、便于回收再利用的优势，并可以进一步制备成电致变色器件，展示了其潜在的应用前景。
HOFs是由有机配体经过氢键自组装而得到的多孔晶态材料。在该工作中，研究人员选用含有电致变色基元的芘基四羧酸HOF（PFC-1）作为研究对象，通过优化合成条件，在室温下制备得到具有纳米尺寸的棒状HOF材料。由于PFC-1表面及内部存在许多未成键的氢键给体和受体（羧酸基团），这些基团脱质子后会使HOF表面带电荷，因而可以利用电泳法将其沉积在FTO导电基底上。通过该方法获得的薄膜可以于较低电压驱动下（1.5 V）在黄色和蓝紫色之间进行可逆转变。变色过程具有较快的响应时间（12 s和14 s）及显著的透过率差异（75%和25%）。同时，该薄膜展示出优异的稳定性，可循环使用500次而没有明显的性能损失。更重要的是，这类基于纯有机组分的HOF材料可以通过简单的淋洗和重结晶步骤而实现回收再利用。该HOF薄膜可以进一步组装成器件并表现出同样的可逆电致变色行为，展示了其潜在的应用前景。
图1. （a）电泳法制备HOF薄膜示意图；HOF薄膜（b）及其器件（c）的可逆电致变色图。
此外，在这项工作中，研究人员通过简单的后合成修饰（PSM）的方式将具有电致变色性能的铁离子修饰到HOF材料上，从而赋予了薄膜更多的颜色变化，即从黄色变到浅绿色，再变到蓝紫色。这一结果证明了该类材料便于修饰和改性的特点，也是其作为新兴电致变色材料的一个显著优势之一。
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition，文章的第一作者是博士后冯吉飞，通讯作者为曹荣研究员和刘天赋研究员。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中科院先导研究计划等项目的资助。
An Electrochromic Hydrogen-Bonded Organic Framework Film
Ji-fei Feng, Tian-Fu Liu, Rong Cao
Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202006926
http://www.fjirsm.cas.cn/research/R1/cr/
https://www.x-mol.com/groups/liu_tianfu
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