用于“COF墨水”的4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺

介绍

4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺的化学式为C30H24N4S4，它的分子结构较为复杂，它以四硫富瓦烯的 4,4',5,5'- 四基为核心连接位点，四个苯胺基团分别连接在四硫富瓦烯的四个连接位点上 。四硫富瓦烯部分具有共轭结构，赋予分子一定的电子离域特性，而苯胺基团含有苯环和氨基，苯环提供刚性平面结构和共轭体系。4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺主要用于合成二维共价有机框架材料TTA-COF。TTA-COF可制备水基墨水，用于制造光热致动器，在仿生、光热转换领域有应用潜力 。

4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺

TTA-COF墨水

背景

在科技飞速发展的当下，软光热致动器凭借其在人工肌肉、开关、微传感器和仿生设备等领域的巨大应用潜力，成为材料科学研究的热门方向。二维共价有机框架材料（2D - COFs），以其独特的大π共轭结构和π-π多层堆叠特性，在光热转换方面展现出优异的性能，有望为软光热致动器的发展带来新的突破。然而，传统合成的COFs多为微晶粉末，在水中分散性差，极大地限制了其在相关领域的应用。 为解决这一难题，研究人员经过不懈探索，基于4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺，提出了一种创新且环保的方法。该方法通过吸附Na+和Cl-等离子物种来调节COF粉末的表面电位，成功制备出了水悬浮的COF墨水。

实验步骤

以4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺（TTA）和4,4',4'',4'''-（卟啉-5,10,15,20-四基）-四苯甲醛（TFPP）为原料，在特定的混合溶剂中，以醋酸为催化剂，于120°C反应3天，合成了TTA-COF。随后，将合成的TTA-COF浸入NaCl溶液中，经过超声、离心、洗涤等一系列操作，制备出了均匀分散的水基TTA-COF墨水。 

实验表征

以4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺合成的这种水基TTA-COF（TTA-COF）墨水具有诸多优势。通过离子吸附，TTA-COF的表面zeta电位发生改变，有效阻止了粉末的聚集，使其在水中能够稳定分散。研究表明，浸入NaCl溶液后，TTA-COF的zeta电位从-2.91 mV显著降至-14.12 mV，且经NaCl处理的TTA-COF在水中放置24小时后仍能保持良好的分散状态。利用该墨水，结合Mayer-rod涂层技术，在紫外线臭氧预处理的线性低密度聚乙烯（LLDPE）基底上制备出了均匀的TTA-COF/LLDPE双层光热致动器。 所制备的光热致动器性能卓越。在近红外光照射下，它能在3秒内快速响应，达到2.35 cm-1的曲率，弯曲速度高达0.78 cm-1·s-1，远超石墨烯-有机双态致动器。而且，该致动器具有良好的可逆性，在近红外光关闭后5秒内即可恢复到初始状态。研究人员还设计了花形热致动器，它在近红外光照射下能够实现绽放和闭合的动作，展示了其在仿生领域的应用潜力。

 此外，研究人员还对4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺-COF的结构和性能进行了深入研究。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、粉末X射线衍射（PXRD）等多种表征手段，证实了TTA-COF的成功合成及其晶体结构。同时，TTA-COF在近红外波长范围内具有广泛的吸附范围，展现出出色的光热转换潜力，其带隙能量为1.79 eV，热稳定性良好，在420°C以下能保持高稳定性。 这种通过简单离子吸附制备水基COF墨水的方法，为COF材料在光热致动器领域的实际应用开辟了新的道路[1]。

参考文献

[1]Chen, Guinan; Chen, Liangjun; Li, Nanjun; Li, Jiahao; Huang, Minchu; Gong, Chengtao; Peng, Yongwu [ACS Applied Materials and Interfaces, 2023, vol. 15, # 30, p. 36804 - 36810].