Chem. Sci.：共轭聚合物在电化学储能领域的应用取得新突破

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2017-03-07 16:13

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近年来，共轭聚合物备受关注，在有机电致发光（OLED）、有机太阳能电池（OPV）、有机场效应晶体管（OFET）等领域得到了广泛应用。然而，共轭聚合物作为活性材料在储能器件如超级电容器等电化学储能领域的应用却鲜见报道。这主要是由于现有的共轭聚合物大多比电容较低、循环稳定性不高和氧化还原可逆性较差等，使得其作为超级电容器的电极材料受到了很大限制。针对此难题，日前南京邮电大学赖文勇教授课题组提出了超支化共轭微孔聚合物电极材料的设计思路，将引入富氮的三并咔唑单元引入到超支化共轭聚合物结构中，研制了一类新结构体系共轭微孔聚合物电极材料（TAT-CMP-1、TAT-CMP-2），实现了赝电容特性，构筑的超级电容器表现出优异的比电容行为和电化学循环稳定性，拓展了共轭聚合物在储能器件领域的应用。通过深入系统的研究发现，超支化的共轭微孔结构，显著提高了该类材料的比表面积，增加了电荷与电极的接触；而且，由于富氮的三并咔唑单元具有大的平面π共轭结构、高的电化学稳定性和空穴传输特性，使得所制得的共轭微孔聚合物材料克服了传统共轭聚合物低的循环稳定性和较差的氧化还原可逆性的弱点。其中TAT-CMP-2作为电极材料在电流密度为1 A g^-1时实现了比电容183 F g^-1，储能器件性能高于传统的多孔碳材料和已报道的共价有机框架（COF）多孔材料超级电容器。更重要的是，该类材料还表现出很好的循环稳定性，在较高电流密度10 A g^-1下，循环10000次，比电容也仅衰减5%。该研究在国际上率先地发展了化学掺杂的方法构筑共轭微孔聚合物，实现了高效、稳定的电化学储能，为设计开发新型高性能电化学储能材料提供了新的思路，拓展了共轭聚合物在储能器件领域的应用，具有重要的启示意义。

相关结果近日发表在Chemical Science国际著名期刊[Xiang-ChunLi, Yizhou Zhang, Chun-Yu Wang, Yi Wan, Wen-Yong Lai,* Huan Pang*, WeiHuang*, Redox-Active Triazatruxene- based Conjugated Microporous Polymers forHigh-Performance Supercapacitors, ChemicalScience, 2017, DOI: 10.1039/C6SC05532J]。该工作由南京邮电大学黄维院士团队赖文勇教授课题组与扬州大学庞欢课题组合作完成，第一作者为博士生李祥春；得到了国家重点基础研究计划青年科学家专题项目（青年973，2014CB648300）、国家基金委优秀青年基金（21422402）等项目的资助和支持。