介紹

4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺的化學(xué)式為C30H24N4S4，它的分子結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，它以四硫富瓦烯的 4,4',5,5'- 四基為核心連接位點，四個苯胺基團分別連接在四硫富瓦烯的四個連接位點上 。四硫富瓦烯部分具有共軛結(jié)構(gòu)，賦予分子一定的電子離域特性，而苯胺基團含有苯環(huán)和氨基，苯環(huán)提供剛性平面結(jié)構(gòu)和共軛體系。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維共價有機框架材料TTA-COF。TTA-COF可制備水基墨水，用于制造光熱致動器，在仿生、光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域有應(yīng)用潛力 。

4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺

TTA-COF墨水

背景

在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，軟光熱致動器憑借其在人工肌肉、開關(guān)、微傳感器和仿生設(shè)備等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力，成為材料科學(xué)研究的熱門方向。二維共價有機框架材料（2D - COFs），以其獨特的大π共軛結(jié)構(gòu)和π-π多層堆疊特性，在光熱轉(zhuǎn)換方面展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，有望為軟光熱致動器的發(fā)展帶來新的突破。然而，傳統(tǒng)合成的COFs多為微晶粉末，在水中分散性差，極大地限制了其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。 為解決這一難題，研究人員經(jīng)過不懈探索，基于4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺，提出了一種創(chuàng)新且環(huán)保的方法。該方法通過吸附Na+和Cl-等離子物種來調(diào)節(jié)COF粉末的表面電位，成功制備出了水懸浮的COF墨水。

實驗步驟

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）為原料，在特定的混合溶劑中，以醋酸為催化劑，于120°C反應(yīng)3天，合成了TTA-COF。隨后，將合成的TTA-COF浸入NaCl溶液中，經(jīng)過超聲、離心、洗滌等一系列操作，制備出了均勻分散的水基TTA-COF墨水。 

實驗表征

以4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺合成的這種水基TTA-COF（TTA-COF）墨水具有諸多優(yōu)勢。通過離子吸附，TTA-COF的表面zeta電位發(fā)生改變，有效阻止了粉末的聚集，使其在水中能夠穩(wěn)定分散。研究表明，浸入NaCl溶液后，TTA-COF的zeta電位從-2.91 mV顯著降至-14.12 mV，且經(jīng)NaCl處理的TTA-COF在水中放置24小時后仍能保持良好的分散狀態(tài)。利用該墨水，結(jié)合Mayer-rod涂層技術(shù)，在紫外線臭氧預(yù)處理的線性低密度聚乙烯（LLDPE）基底上制備出了均勻的TTA-COF/LLDPE雙層光熱致動器。 所制備的光熱致動器性能卓越。在近紅外光照射下，它能在3秒內(nèi)快速響應(yīng)，達到2.35 cm-1的曲率，彎曲速度高達0.78 cm-1·s-1，遠超石墨烯-有機雙態(tài)致動器。而且，該致動器具有良好的可逆性，在近紅外光關(guān)閉后5秒內(nèi)即可恢復(fù)到初始狀態(tài)。研究人員還設(shè)計了花形熱致動器，它在近紅外光照射下能夠?qū)崿F(xiàn)綻放和閉合的動作，展示了其在仿生領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

 此外，研究人員還對4,4',4'',4'''-(四硫富瓦烯-4,4',5,5'-四基)四苯胺-COF的結(jié)構(gòu)和性能進行了深入研究。通過傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、粉末X射線衍射（PXRD）等多種表征手段，證實了TTA-COF的成功合成及其晶體結(jié)構(gòu)。同時，TTA-COF在近紅外波長范圍內(nèi)具有廣泛的吸附范圍，展現(xiàn)出出色的光熱轉(zhuǎn)換潛力，其帶隙能量為1.79 eV，熱穩(wěn)定性良好，在420°C以下能保持高穩(wěn)定性。 這種通過簡單離子吸附制備水基COF墨水的方法，為COF材料在光熱致動器領(lǐng)域的實際應(yīng)用開辟了新的道路[1]。

參考文獻

[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].