余桂华团队Acc. Chem. Res.: 新型多功能导电高分子凝胶的合成、性质及应用

【引言】

过去的几十年间，导电高分子由于其可调的导电性质以及类似于传统高分子材料的可加工性能得到了广泛的关注与研究。随着纳米技术的发展，人们发现通过制备特殊可控的纳米结构，导电高分子可进一步表现出优异的机械、电学、光学以及电化学等性质。导电高分子凝胶是纳米结构化导电高分子材料中的一个突出代表。它们继承了纳米尺度高分子聚合物的部分理化性质，同时由于其高度交联的网络结构而表现出独特的结构特性，从而在电子器件、生物医药以及能源转化和储存等领域得到了广泛的应用。

【成果简介】

近日，德克萨斯大学奥斯汀分校的赵飞博士，石烨博士和余桂华教授以及南京大学的潘力佳教授近期在化学类的顶级综述期刊Accounts of Chemical Research发表了基于其课题组关于三维纳米结构化导电高分子凝胶的设计、合成及应用方面的系列工作，系统总结了采用多官能团分子作为交联剂合成并调控新型导电高分子凝胶的方法，并研究了源自凝胶三维结构的种种独特性质，最后介绍了新型高分子凝胶在多功能复合凝胶合成、电化学能源储存、能源转化、传感器等领域中的应用（见图1）。

【图文导读】

图1 导电高分子凝胶由于其独特的理化性质在众多领域中得到了广泛研究及应用

图2 （A） 新型导电高分子凝胶采用多官能团分子作为交联剂。（B） 凝胶结构与性质可进行广泛调控。（C， D） 该凝胶被研究并应用于电化学能源储存以及生物传感器中。（E） 导电高分子凝胶可用于合成多功能复合凝胶材料。

【小结】

文章从介绍新型导电高分子凝胶合成方法出发，解释了多官能团分子在合成中起到的交联以及掺杂作用（见图2A），并指出导电高分子凝胶的结构与性质可以通过控制合成条件（包括交联剂种类、溶剂、反应时间、反应温度等）进行广泛调控（图2B），从而得到优异的电学和机械性能。新型导电高分子凝胶具有高电导率和表面积，其多孔结构可促进液体以及离子在其中的传输与扩散，因此被应用于电化学能源储存器件中用以提升器件性能（图2C）。文章中介绍了将它们作为超级电容器电极材料以及新型锂电池粘结剂的一系列研究与应用。另外，这种独特的电子及离子传输性质也让高分子凝胶在生物传感器中得到了独特应用（图2D）。这种新型导电高分子凝胶通过热处理被进一步发展成为三维纳米结构化的碳材料，并应用于能源储存与转化器件中。最后，由于其高度交联的三维结构，新型导电高分子凝胶被用于制备多功能复合凝胶材料（图2E）。这些材料可表现出优秀的导电性能、环境响应性质以及自修复行为，从而在智能电子器件的发展中拥有广泛前景。相关工作以专论的形式发表在Accounts of Chemical Research上。

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

通讯作者相关信息：余桂华教授课题组。

本文由余桂华教授课题组投稿。

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