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林欣蓉课题组报道新型原位Buchwald-Hartwig界面聚合用于有机电极

2021-01-05  

近日,云南大学化学科学与工程学院林欣蓉课题组开发了一种基于过渡金属催化的界面合成超薄聚苯胺交联网络结构的新型合成方法,并通过两步序列反应原位获得孔径可调节的多孔自支撑膜。该膜可直接作为一种无添加剂、无粘合剂、一体化的微米级超级电容器电极,不仅避免了传统电极易溶解和破碎导致的容量降问题,还因其超薄和交联结构获得了超高的比容量(435 F/g)和优异的循环性能(18000次)。该比容量相对于线性聚苯胺电极提高了2倍以上,也是目前已报道的基于电极整体质量所获得的最高比容量。将该成果以“Interfacial Growth of Free-Standing PANI Films: Toward High Performance All-Polymer Supercapacitors”为题发表在Chemical Science 上(自然指数期刊,影响因子:9.346, DOI. 10.1039/D0SC05061J)。论文第一作者为科研助理钟孚瑶,第一通讯单位为云南大学,通讯作者为化学工程与科学学院林欣蓉副教授,共同通讯作者为复旦大学陈茂研究员。

作为一种高性能的能量存储装置,超级电容器在各类移动电源和可再生清洁能源载体中越来越重要。与传统的无机电极相比,导电聚合物如聚苯胺等在表现光电磁性质的同时具有丰富的官能团可调控性与加工性能,成为一种高效、低成本的具有潜力的有机电极。但长期以来,这类有机电极具有比容量低的特点,同时因在充放电循环中质子化/去质子化所带来的结构变化而表现出巨大的体积与张力改变,通常在一千个充放电循环后即出现大幅电容衰减,存在难以获得高能量密度和长循环寿命的挑战。

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合成方法可从分子水平调控导电聚合物的化学结构,从而进一步从根本上影响聚合物有机电极的理化性质与形态。因此,大量研究致力于开发新型的合成方法以获得高性能的导电聚合物。传统合成聚苯胺的方法基于自由基正离子引发的链增长构建C-N键,但这种方法易导致C-C或N-N成键副反应,从而严重影响导电聚合物性能。过渡金属催化的Buchwald-Hartwig反应具有良好的区域选择性,可有效避免C-C及N-N键的生成,但目前为止只有一级胺与二级胺的反应被报道,基于可构建交联网络结构的三级胺与末端芳基胺的合成方法尚未被开发,且其作为有机电极的应用性质亦尚未有研究。  

该工作获得国家自然科学基金、云南大学引进人才启动基金、教育部长江学者和创新团队发展计划资助。

  供稿:化学科学与工程学院

  编辑:李哲

责任编辑:王尽遥


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