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南京邮电大学赖文勇教授Chem. Sci.:共轭多孔聚合物在电化学储能领域的新应用

电化学储能是人们应对能源、环保等一系列问题的重要解决方案。其中,超级电容器以其功率密度高、充放电时间短以及循环稳定性好等显著优势引起人们的广泛关注。设计开发新型的储能材料是获得高性能超级电容器的关键。


近年来,共轭聚合物备受关注,在有机电致发光(OLED)、有机太阳能电池(OPV)、有机场效应晶体管(OFET)等领域得到了广泛的应用。然而,共轭聚合物作为活性材料在储能器件,如超级电容器等电化学储能领域的应用却鲜见报道。这主要是由于现有的共轭聚合物大多比电容较低、循环稳定性不高以及氧化还原可逆性较差等,使其作为超级电容器的电极材料受到很大的限制。针对此难题,南京邮电大学黄维院士(点击查看介绍)团队的赖文勇教授(点击查看介绍)课题组提出了超支化共轭微孔聚合物电极材料的设计思路,将富氮的三并咔唑单元引入超支化共轭聚合物结构中,研制了一类新结构体系的共轭微孔聚合物电极材料(TAT-CMP-1TAT-CMP-2),实现了赝电容特性。构筑的超级电容器表现出优异的比电容行为和电化学循环稳定性,拓展了共轭聚合物在储能器件领域的应用。深入系统的研究发现,超支化的共轭微孔结构显著提高了该类材料的比表面积,增加了电荷与电极的接触;而且,由于富氮的三并咔唑单元具有大平面π共轭结构、高电化学稳定性和空穴传输特性,使所制得的共轭微孔聚合物材料克服了传统共轭聚合物低循环稳定性和较差的氧化还原可逆性的弱点。其中TAT-CMP-2作为电极材料在电流密度为1 A•g-1时实现了比电容183 F•g-1,储能器件性能高于传统的多孔碳材料超级电容器。更重要的是,该类材料还表现出很好的循环稳定性,在较高的电流密度10 A•g-1下,循环10000次,比电容也仅衰减5%。该研究率先发展了化学掺杂的方法构筑共轭微孔聚合物,实现了高效、稳定的电化学储能,为设计开发新型高性能的电化学储能材料提供了新的思路,拓展了共轭聚合物在储能器件领域的应用,具有重要的启示意义


相关结果发表在Chemical Science 上。该工作由南京邮电大学黄维院士团队的赖文勇教授课题组与扬州大学的庞欢教授课题组合作完成,第一作者为博士生李祥春。该工作得到了国家重点基础研究计划青年科学家专题项目(青年973,2014CB648300)、国家基金委优秀青年基金(21422402)、江苏特聘教授(RK030STP15001)等项目的资助和支持。


南京邮电大学黄维院士团队的赖文勇教授课题组近年来致力于有机电子、柔性电子等方向的研究,取得了一系列的进展和关注Adv. Mater., 2016, 28, 5242; Adv. Mater., 2015, 27, 3349; Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 5181; Chem. Sci., 2017, 8, 2959; Nano Energy, 2017, 35, 138; Nano Energy, 2015, 17, 339; Nano Energy, 2015, 15, 303; Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 4617; J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 2460; J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10493; J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 13754; J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 4840; Nanoscale, 2016, 8, 11689; Nanoscale, 2015, 7, 16012)


该论文作者为:Xiang-Chun Li, Yizhou Zhang, Chun-Yu Wang, Yi Wan, Wen-Yong Lai, Huan Pang and Wei Huang

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Redox-Active Triazatruxene-based Conjugated Microporous Polymers for High-Performance Supercapacitors

Chemical Science, 2017, 8, 2959-2965, DOI: 10.1039/C6SC05532J


导师介绍

黄维

http://www.x-mol.com/university/faculty/35089

赖文勇

http://www.x-mol.com/university/faculty/26708


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