一种能变多种颜色的新型智能材料

共价有机框架（COFs）是一类结晶多孔材料，通过共价键连接有机构筑单元，具有有序的孔结构和可调的电子、功能特性，在电化学和光电子领域（如电致变色）备受关注。其中，二维COFs因层状结构有利于电子和离子传输，更适合电致变色应用，但目前存在两大问题：一是微孔和亚胺键导致电荷转移和离子扩散效率低；二是单极掺杂限制离子利用率和光学性能。

本研究设计合成了一种双极二维COF（TAAB-NTCDA COF），将富电子的阳极单体TAAB（三苯胺衍生物）和缺电子的阴极单体NTCDA（萘二酐）通过酰胺键连接，形成有序交替的供体-受体（D-A）异质结构。该COF具有六边形介孔结构（孔径约3.3nm），采用AA型堆积，结晶度高、缺陷少，缩短的萘酰亚胺连接键提升了电子迁移率，介孔结构则缓解了离子扩散限制。

电子性质研究表明，TAAB（供体）和NTCDA（受体）间存在明显电荷分离，COF的带隙显著降低（0.56eV），促进了高效电荷转移。电致变色性能测试显示，该COF电极在不同电压下呈现多色变化：原始状态为浅蓝透明，氧化（正电压）时变为绿色（TAAB自由基阳离子形成），还原（负电压）时变为棕色（NTCDA还原）。其光学对比度高（如850nm处80%、485nm处53%），切换速度快（着色/褪色时间均为3.1s），着色效率高（850nm处344 cm²/C），循环稳定性好（500次循环后光学对比度保留>91%）。

基于此COF组装的对称电致变色器件（两侧均为COF电极，凝胶电解质），实现了400-1100nm宽光谱调制，界面电荷转移电阻低，离子传输效率高，循环稳定性优异（1000次循环后衰减<1.5%）。该研究通过双极D-A结构和介孔设计，解决了现有COF电致变色材料的瓶颈问题，为高性能电致变色材料在储能和显示领域的应用提供了新思路。