近日，云南大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院林欣蓉課題組開(kāi)發(fā)了一種基于過(guò)渡金屬催化的界面合成超薄聚苯胺交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型合成方法，并通過(guò)兩步序列反應(yīng)原位獲得孔徑可調(diào)節(jié)的多孔自支撐膜。該膜可直接作為一種無(wú)添加劑、無(wú)粘合劑、一體化的微米級(jí)超級(jí)電容器電極，不僅避免了傳統(tǒng)電極易溶解和破碎導(dǎo)致的容量降問(wèn)題，還因其超薄和交聯(lián)結(jié)構(gòu)獲得了超高的比容量(435 F/g)和優(yōu)異的循環(huán)性能(18000次）。該比容量相對(duì)于線性聚苯胺電極提高了2倍以上，也是目前已報(bào)道的基于電極整體質(zhì)量所獲得的最高比容量。將該成果以“Interfacial Growth of Free-Standing PANI Films: Toward High Performance All-Polymer Supercapacitors”為題發(fā)表在Chemical Science 上（自然指數(shù)期刊，影響因子：9.346, DOI. 10.1039/D0SC05061J）。論文第一作者為科研助理鐘孚瑤，第一通訊單位為云南大學(xué)，通訊作者為化學(xué)工程與科學(xué)學(xué)院林欣蓉副教授，共同通訊作者為復(fù)旦大學(xué)陳茂研究員。
作為一種高性能的能量存儲(chǔ)裝置，超級(jí)電容器在各類移動(dòng)電源和可再生清潔能源載體中越來(lái)越重要。與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)電極相比，導(dǎo)電聚合物如聚苯胺等在表現(xiàn)光電磁性質(zhì)的同時(shí)具有豐富的官能團(tuán)可調(diào)控性與加工性能，成為一種高效、低成本的具有潛力的有機(jī)電極。但長(zhǎng)期以來(lái)，這類有機(jī)電極具有比容量低的特點(diǎn)，同時(shí)因在充放電循環(huán)中質(zhì)子化/去質(zhì)子化所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)變化而表現(xiàn)出巨大的體積與張力改變，通常在一千個(gè)充放電循環(huán)后即出現(xiàn)大幅電容衰減，存在難以獲得高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的挑戰(zhàn)。
合成方法可從分子水平調(diào)控導(dǎo)電聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步從根本上影響聚合物有機(jī)電極的理化性質(zhì)與形態(tài)。因此，大量研究致力于開(kāi)發(fā)新型的合成方法以獲得高性能的導(dǎo)電聚合物。傳統(tǒng)合成聚苯胺的方法基于自由基正離子引發(fā)的鏈增長(zhǎng)構(gòu)建C-N鍵，但這種方法易導(dǎo)致C-C或N-N成鍵副反應(yīng)，從而嚴(yán)重影響導(dǎo)電聚合物性能。過(guò)渡金屬催化的Buchwald-Hartwig反應(yīng)具有良好的區(qū)域選擇性，可有效避免C-C及N-N鍵的生成，但目前為止只有一級(jí)胺與二級(jí)胺的反應(yīng)被報(bào)道，基于可構(gòu)建交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的三級(jí)胺與末端芳基胺的合成方法尚未被開(kāi)發(fā)，且其作為有機(jī)電極的應(yīng)用性質(zhì)亦尚未有研究。
該工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、云南大學(xué)引進(jìn)人才啟動(dòng)基金、教育部長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助。
來(lái)源：云南大學(xué)
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