余桂華團隊Acc. Chem. Res.: 新型多功能導電高分子凝膠的合成、性質及應用

【引言】

過去的幾十年間，導電高分子由于其可調的導電性質以及類似于傳統高分子材料的可加工性能得到了廣泛的關注與研究。隨著納米技術的發展，人們發現通過制備特殊可控的納米結構，導電高分子可進一步表現出優異的機械、電學、光學以及電化學等性質。導電高分子凝膠是納米結構化導電高分子材料中的一個突出代表。它們繼承了納米尺度高分子聚合物的部分理化性質，同時由于其高度交聯的網絡結構而表現出獨特的結構特性，從而在電子器件、生物醫藥以及能源轉化和儲存等領域得到了廣泛的應用。

【成果簡介】

近日，德克薩斯大學奧斯汀分校的趙飛博士，石燁博士和余桂華教授以及南京大學的潘力佳教授近期在化學類的頂級綜述期刊Accounts of Chemical Research發表了基于其課題組關于三維納米結構化導電高分子凝膠的設計、合成及應用方面的系列工作，系統總結了采用多官能團分子作為交聯劑合成并調控新型導電高分子凝膠的方法，并研究了源自凝膠三維結構的種種獨特性質，最后介紹了新型高分子凝膠在多功能復合凝膠合成、電化學能源儲存、能源轉化、傳感器等領域中的應用（見圖1）。

【圖文導讀】

圖1 導電高分子凝膠由于其獨特的理化性質在眾多領域中得到了廣泛研究及應用

圖2 （A） 新型導電高分子凝膠采用多官能團分子作為交聯劑。（B） 凝膠結構與性質可進行廣泛調控。（C， D） 該凝膠被研究并應用于電化學能源儲存以及生物傳感器中。（E） 導電高分子凝膠可用于合成多功能復合凝膠材料。

【小結】

文章從介紹新型導電高分子凝膠合成方法出發，解釋了多官能團分子在合成中起到的交聯以及摻雜作用（見圖2A），并指出導電高分子凝膠的結構與性質可以通過控制合成條件（包括交聯劑種類、溶劑、反應時間、反應溫度等）進行廣泛調控（圖2B），從而得到優異的電學和機械性能。新型導電高分子凝膠具有高電導率和表面積，其多孔結構可促進液體以及離子在其中的傳輸與擴散，因此被應用于電化學能源儲存器件中用以提升器件性能（圖2C）。文章中介紹了將它們作為超級電容器電極材料以及新型鋰電池粘結劑的一系列研究與應用。另外，這種獨特的電子及離子傳輸性質也讓高分子凝膠在生物傳感器中得到了獨特應用（圖2D）。這種新型導電高分子凝膠通過熱處理被進一步發展成為三維納米結構化的碳材料，并應用于能源儲存與轉化器件中。最后，由于其高度交聯的三維結構，新型導電高分子凝膠被用于制備多功能復合凝膠材料（圖2E）。這些材料可表現出優秀的導電性能、環境響應性質以及自修復行為，從而在智能電子器件的發展中擁有廣泛前景。相關工作以專論的形式發表在Accounts of Chemical Research上。

文獻鏈接：Multifunctional Nanostructured Conductive Polymer Gels: Synthesis, Properties, and Applications.（Acc. Chem. Res., 2017,DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00191）

通訊作者相關信息：余桂華教授課題組。

本文由余桂華教授課題組投稿。

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