导电聚合物的电化学制备和电化学性质研究——中国科学院有机固体重点实验室导电聚合物电化学研究工作简介(I)

简要介绍本研究组自上世纪80年代以来在导电聚合物的电化学制备和电化学性质研究中取得的一些主要成果,包括吡咯电化学聚合条件的影响、电化学聚合反应机理及其反应动力学、导电聚吡咯的两种掺杂结构及其两步电化学氧化还原过程和电化学过氧化的机理、导电聚苯胺的电化学性质、导电聚合物稳定性的电化学解释等等.     

导电聚合物单体的光电聚合

苯胺、吡咯和噻吩等是重要的导电聚合物单体.光照可促进低聚物的形成,电化学技术可方便地实现单体的电聚合.目前,有关导电聚合物单体的光电聚合的报导还很少.本文研究征水溶液中、铂金属基底上,苯胺、吡咯和噻吩等单体的光电聚合过程.     

从导电聚吡咯到共轭聚合物光伏材料——我在中科院化学所30年共轭高分子研究历程

本文简要回顾了本人在中科院化学所30年的研究历程,重点介绍了在共轭高分子(包括导电聚吡咯电化学、聚合物发光电化学池(LEC)和共轭聚合物给体光伏材料)方面的研究成果。在导电聚吡咯电化学方面,对导电聚吡咯的电化学制备和电化学性质进行了深入研究,阐明了各种电化学聚合条件对制备的导电聚吡咯电导和力学强度等的影响,发现电解液溶剂给电子性(Donor number)对吡咯电化学聚合制备的导电聚吡咯电导的影响:溶剂Donor number越小制备的导电聚吡咯电导越高;使用非离子表面活性剂添加剂在水溶液中制备出表面非常光滑和高力学强度的导电聚吡咯薄膜;对于吡咯电化学聚合提出了电解液阴离子参与的阳离子自由基聚合机理,并推到出吡咯电化学聚合反应的动力学方程;发现在NaNO3水溶液中电化学聚合制备的导电聚吡咯除存在主链氧化、对阴离子掺杂结构外,还存在质子酸掺杂结构;阐明了导电聚吡咯在水溶液中电化学还原和再氧化的机理及其电化学过程的可逆性和稳定性,以及导电聚吡咯在有机电解液中特殊的第一次还原和再氧化的机理。在LEC方面,通过交流阻抗法确认了LEC的电化学掺杂机理和p-i-n结构,合成了多种适用于LEC的主链带离子导电单元的兼具离子导电性的发光嵌段共聚物,避免了LEC活性层中存在的发光聚合物和离子导电聚合物的分相问题;使用离子液体作为电解质制备了室温准冷冻p-i-n结LEC,改善了LEC的电致发光性能。在共轭聚合物给体光伏材料方面,我们提出了通过共轭侧链来拓宽聚合物吸收和提高空穴迁移率的分子设计思想,设计和合成了一系列带共轭侧链的二维共轭聚噻吩衍生物以及基于二噻吩取代苯并二噻吩的窄带隙高效二维共轭聚合物给体光伏材料。我们使用烷硫基取代进一步降低了这类二维共轭聚合物的HOMO能级从而进一步提高了其光伏性能。最后介绍了本组二维共轭聚合物给体光伏材料在非富勒烯聚合物太阳能电池方面的最新研究进展。     

导电聚合物的电化学制备及其应用研究进展

导电聚合物由于具有结构特殊、环境稳定性好、成本低廉等优点而成为科学领域中极具应用前景的新型材料。本文综述了采用电化学聚合方法制备导电聚合物材料的国内外研究状况。电化学聚合方法是此类材料重要的制备方法之一。基于该方法的最新研究进展,本文系统地归纳了导电聚合物的恒电位法、恒电流法、动电位法、脉冲法等电化学聚合方法,并展望了导电聚合物纳米材料在超级电容器、太阳能电池、锂离子电池、电催化等领域的应用前景。     

导电聚合物

导电聚合物是20世纪70年代发展起来的一个研究领域，因其诱人的应用前景受到广泛重视，本文介绍了导电聚合物的发展和发展历史，综述了导电聚合物的结构和掺杂特征，制造方法，电导和电化学特性及其本征态共轭聚合物的光电特性，对导电聚合物当前的研究热点和应用前景进行了讨论。     

导电聚合物LB膜

本文回顾了ＬＢ膜技术在导电聚合物体系中的利用，内容涉及共轭型导电聚合物（包括聚吡咯、聚噻吩、聚对亚苯基亚乙烯基、聚苯胺及其衍生物）ＬＢ膜的制备、结构表征、电导率与分子结构和分子堆砌之间的关系以及其他导电聚合物ＬＢ膜的研究现状。     

导电聚吡咯的研究

介绍了1995年获国家自然科学二等奖项目“导电聚吡咯的研究”（主要完成人：钱人元、李永舫、毕先同、裴启兵、鄢宝珍）的主要研究成果以及获奖后的研究新进展,涉及的研究内容包括导电聚吡咯的电化学聚合过程和机理、导电聚吡咯的结构、稳定性、电化学性质以及导电聚吡咯复合材料的制备等。     

聚吡咯/聚苯胺复合型导电聚合物防腐蚀性能

采用循环伏安法,在含吡咯和苯胺的0.3 mol/L草酸水溶液中制备了聚吡咯/聚苯胺(PPy/Pani)的复合型导电聚合膜。采用红外光谱、极化曲线、自腐蚀电位-时间曲线、扫描电子显微镜和电化学阻抗谱研究了共聚膜的防腐蚀性能。结果表明,在1 mol/L H2SO4中,PPy、Pani与不锈钢基体发生氧化还原反应,促进不锈钢表面发生钝化;当苯胺与吡咯浓度比为1∶3时,制备得到的复合型导电聚合膜所保护的不锈钢自腐蚀电流最小,自腐蚀电位最高,保护时间最长。PPy、Pani及其共聚膜在3.5%NaCl溶液中电化学阻抗谱表明,所制备的PPy、Pani及其共聚物膜与不锈钢基体发生氧化还原反应,使其表面钝化;当Cl-到达不锈钢表面时,破坏钝化膜导致不锈钢腐蚀。     

导电聚合物超级电容器电极材料

导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩)作为超级电容器电极材料的研究引起了人们广泛的兴趣,该类材料制备的超级电容器具有成本低、容量高、充放电时间短、环境友好和安全性高等优点。本文综述了近年来基于导电聚合物及其与无机材料(碳材料/金属氧化物材料)复合所得电极材料在超级电容器中的应用进展,指出具有纳米结构导电聚合物材料及导电聚合物与无机纳米材料的复合是超级电容器电极材料研究的重要发展方向。     

合成单股导电聚合物的方法

T.Bein等发现,在氧化剂存在的条件下,利用三维Y型沸石中的孔洞和一维丝光沸石,可使吸在沸石中的单体(如噻吩、吡咯和苯胺)在孔道中的聚合成为一种单股的导电聚合物。用HF将沸石溶解后可以取出上述产