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我院姜源、葛东涛、白华老师合作研究成果在ACS Nano上发表
发布时间: 2018-06-20
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以聚吡咯(PPY),聚苯胺(PANI),和聚3,4-亚乙基二氧噻吩(poly3,4-ethylenedioxythiophene),PEDOT)为代表的导电聚合物,由于其高度可调的电学和电化学性质而引起了广泛的关注。从理论上讲,将导电聚合物制备成水凝胶,可以赋予材料更大的比表面积,柔软及生物相容的界面,以及高电解质渗透性等特性。然而,受限于制备方法的缺乏,导电聚合物水凝胶难以得到广泛应用。由于PPYPANI等聚合物的主链刚性较强,几乎不溶于常用的溶剂,所以通过溶液中交联导电聚合物实现凝胶化的路线很难获得导电聚合物凝胶。因此,溶液相中的原位聚合反应是目前制备导电聚合物水凝胶的主流方法。此前的工作中人们通常以非常高的浓度水平(> 5wt %)进行聚合反应,或者在聚合体系中加入其他模板,如水凝胶,大分子或纳米材料,以在动力学稳定导电聚合物水凝胶。然而高浓度聚合反应通常会产生大量的导电聚合物聚集体,这会降低所获得的水凝胶的比表面积和透过性,且额外的模板将不可避免地降低水凝胶的电学性质。目前,发展可靠的方法来制造具有优异微观结构和电子性质的纯导电聚合物水凝胶仍然是一个挑战

近日,我院姜源副教授、葛东涛教授和白华副教授(共同通讯作者)在国际期刊ACS Nano上合作发表题为A Hydrogel of Ultrathin Pure Polyaniline Nanofibers: Oxidant-Templating Preparation and Supercapacitor Application的研究论文,利用五氧化二钒水合纳米线作为氧化剂和牺牲模板,开发了一种快速原位聚合方法以制备纯聚苯胺(PANI)水凝胶。原位聚合产生了由超细PANI纳米纤维组成的网络,并且这些PANI纳米纤维具有极小的直径和较大的长径比,这使得PANI可以在1.03%的低固体含量形成水凝胶。由于超细纤维特殊的化学和微观结构,这种凝胶在没有导电添加剂存在下可直接用作超级电容器的电极材料,显示出636 F g-1的高比电容,高倍率性能和良好的循环稳定性(10,000次循环后约83%的电容保持率)。此外,该方法还扩展到制备PPYPEDOT水凝胶。这种模板聚合方法是一种新的导电聚合物网络设计策略,可以很容易地集成到其他高性能器件或功能复合材料的平台中,对推进导电聚合物凝胶的基础和应用研究有重要的意义。

1.制造纯PANI水凝胶路线的示意图。

  

2.AV2O5·nH2O纳米线分散体(左)和PANI水凝胶的数码照片(右)。(B)不同形状的PANI水凝胶的照片。(CV2O5·nH2OTEM图像纳米线。(D)样品PHG-2的流变行为。(E)拉曼光谱冻干的PHG-2V2O5·nH2O纳米线。(F)样品PHG-2FT-IR光谱。(G)冻干的PANI水凝胶的EDX谱。(H)冻干的PANI水凝胶的SEM图像(PHG-2)。(I-JPANI水凝胶的TEM图像

这一工作的共同第一作者为2015级硕士研究生周堃和2014级博士研究生贺媛。作者感谢国家自然科学基金的支持(21303144217051352174110421503175)和中央高校基本科研业务费专项资金资助(20720180066

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b02055

  

 

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