近日，云南大學化學科學與工程學院林欣蓉課題組開發(fā)了一種基于過渡金屬催化的界面合成超薄聚苯胺交聯(lián)網絡結構的新型合成方法，并通過兩步序列反應原位獲得孔徑可調節(jié)的多孔自支撐膜。該膜可直接作為一種無添加劑、無粘合劑、一體化的微米級超級電容器電極，不僅避免了傳統(tǒng)電極易溶解和破碎導致的容量降問題，還因其超薄和交聯(lián)結構獲得了超高的比容量(435 F/g)和優(yōu)異的循環(huán)性能(18000次）。該比容量相對于線性聚苯胺電極提高了2倍以上，也是目前已報道的基于電極整體質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，通訊作者為化學工程與科學學院林欣蓉副教授，共同通訊作者為復旦大學陳茂研究員。
作為一種高性能的能量存儲裝置，超級電容器在各類移動電源和可再生清潔能源載體中越來越重要。與傳統(tǒng)的無機電極相比，導電聚合物如聚苯胺等在表現(xiàn)光電磁性質的同時具有豐富的官能團可調控性與加工性能，成為一種高效、低成本的具有潛力的有機電極。但長期以來，這類有機電極具有比容量低的特點，同時因在充放電循環(huán)中質子化/去質子化所帶來的結構變化而表現(xiàn)出巨大的體積與張力改變，通常在一千個充放電循環(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循環(huán)壽命的挑戰(zhàn)。
合成方法可從分子水平調控導電聚合物的化學結構，從而進一步從根本上影響聚合物有機電極的理化性質與形態(tài)。因此，大量研究致力于開發(fā)新型的合成方法以獲得高性能的導電聚合物。傳統(tǒng)合成聚苯胺的方法基于自由基正離子引發(fā)的鏈增長構建C-N鍵，但這種方法易導致C-C或N-N成鍵副反應，從而嚴重影響導電聚合物性能。過渡金屬催化的Buchwald-Hartwig反應具有良好的區(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胺與二級胺的反應被報道，基于可構建交聯(lián)網絡結構的三級胺與末端芳基胺的合成方法尚未被開發(fā)，且其作為有機電極的應用性質亦尚未有研究?！ ?/p>
該工作獲得國家自然科學基金、云南大學引進人才啟動基金、教育部長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃資助。
來源：云南大學
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