电致变色储能材料（EESMs）在智能窗及可视化储能电池等领域备受关注。共价有机框架（COFs）因分子结构可设计、电子-离子传输速率高且热力学稳定，被视为高性能电致变色储能材料的理想候选者。目前COF基电致变色薄膜面临两大挑战：一是亚胺基COFs难以同时实现高透明态、高对比度以及双极性变色；二是传统溶剂热法合成条件苛刻、效率低，制约实际应用。在各种辅助合成方法中，界面电聚合法制备COF薄膜具有简便、快速、可控性强等优点，在构筑高性能COF电致变色储能膜极具潜力。前期已有研究通过电聚合获得硼氧六环类和亚胺类COF薄膜，但它们的稳定性与透明性不足，限制在电致变色储能中的应用。三苯胺基聚酰亚胺类（TPI）COF具有优异电化学稳定性、透明性和双极性电致变色行为，但此前未见通过电化学界面聚合法制备酰亚胺基COF薄膜的报道。因此，实现三苯胺基聚酰亚胺COF简单快捷的电聚合制备，并揭示其电聚合和电致变色储能机理具有重要意义。
Figure NTPI COF膜的a) 电聚合制备示意图，b) 表面形貌，c) 电致变色数码相片，d)模型分子的表面静电势图，e) 电致变色储能过程的原位Raman谱
近日，江西理工大学曾金明副教授团队在RSC英国皇家化学会旗舰期刊 Chemical Science（中科院一区Top） 上发表了标题为”Rapid preparation of imide-based COF films through electropolymerization integrated with low-temperature annealing for high-performance electrochromic energy storage”的文章。该研究首次以三苯胺衍生物和二元酐为单体，采用电化学界面聚合结合低温退火处理成功制备出两种三苯胺基聚酰亚胺COF薄膜（DFPI与NTPI COFs）。该方法将成膜时间从数天缩短至数小时，所得薄膜呈现无色中性态，具备双极性氧化还原行为，表现出四种色态（浅红、透明、黄绿、蓝）间切换、高光学对比度（＞70%）、循环稳定性超 1000 次以及高比容量（分别为 80.9 mAh/g和 72.2 mAh/g）等优异电致变色储能性能。研究进一步阐明了电聚合与电致变色储能机理：电聚合始于N,N,N',N'-四(对氨基苯基)对苯二胺阳极氧化生成电生酸（EGA），随后在电极表面催化三苯胺衍生物和二元酐单体缩聚形成三苯胺基聚酰亚胺COFs；阳极变色源于三苯胺衍生物单元p型掺杂形成阳离子自由基，阴极变色源于羰基n型掺杂形成阴离子自由基。该工作为基于三苯胺基COF膜的高性能电致变色储能系统以及其它光电器件的应用提供了新理论和方法。
论文信息
·Rapid preparation of Imide-based COF Films through Electropolymerization Integrated with Low-temperature Annealing for High-performance Electrochromic Energy Storage
Jinming Zeng,* Huiling Hou, Lei Huang, Zheng Xie, Qingqing Qiu, Huan Li, Huiling Liu, Putrakumar Balla, Tongxiang Liang, Ping Liu*
Chem. Sci., 2026.
https://doi.org/10.1039/D5SC07413D
作者简介
曾金明，本文第一作者兼共同通讯作者，江西理工大学副教授，硕士生导师，长期从事高性能电致变色储能材料的理论和方法研究，主要研究内容包括基于COFs和稀土掺杂WO3薄膜的精准构筑及其电致变色储能性研究。已在Chemical Science、Materials Horizons和Chemical Engineering Journal等上发表SCI论文40余篇，授权4件发明专利，主持和参与国家及省部级以上项目10余项。曾金明副教授负责设计、指导并组织开展了本研究工作。
