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在纯水溶剂中聚合的n型高导电聚合物
时间: 2024-11-08 03:59:52 |   作者: 天然气

  导电聚合物因其共同的机械特性、经济高效的大面积溶液加工性及结构和性质可调性而遭到广泛重视。这些特性使导电聚合物适用于多种运用,包含生物电子、电子皮肤、生物传感器和能量搜集/存储。商业上可获得的导电聚合物的典型比如是p型聚合物PEDOT:PSS,它是在纯溶剂中直接聚合得到的水溶液墨水,其电导率在二次掺杂后超越1000 S cm。可是,杂乱的器材和电路有必要一起结合 p 型和 n 型资料。尽管近年来高功能 n 型导电聚合物的开发取得了重大进展,但它常常要运用有毒的有机锡试剂、不行收回的贵金属催化剂或运用不友好的有机溶剂进行聚合。

  针对该难题,瑞典林雪平大学有机电子实验室Simone Fabiano、杨驰远报导了n型导电聚合物PDADF在纯水溶剂中的组成,作者规划了一种水溶性催化剂(TMQ-PANa),使单体HBFDO能够在纯水中聚合,并且在反响完毕后能收回催化剂。这种新方法成功组成了n型导电聚合物PDADF,其电导率超越48 18 S cm1,是现在在水中组成或加工的n型聚合物电导率的最高值。这项作业不只增进了可持续性有机电子的开展,也为高功能电子资料和器材的可持续开展铺平了路途。

  作者为了能在水中组成导电聚合物,规划了一种水溶性催化剂(TMQ-PANa)。作者首要测验运用华南理工大学黄飞教授报导的杜罗醌(TMQ)催化聚合苯并二呋喃二酮(HBFDO),但因为TMQ在水中简直彻底不溶解,没有观测到聚合反响发生。因而,作者创造性地在TMQ中引进羧基,组成了TMQ-PA来增强催化剂的溶解性。可是,因为TMQ-PA在水中的溶解度依然有限,在水中测验TMQ-PA催化的HBFDO聚合也未能成功。作者奇妙地经过参加氢氧化钠,原位将TMQ-PA在水中转化为TMQ-PANa使之彻底溶解于水,之后参加单体HBFDO,经过加热成功地聚合得到PDADF水溶液墨水,为部分开环的PBFDO共聚物结构。催化剂TMQ-PA在聚合完之后能够经过简略的萃取和氧化进行高效收回。

  作者对聚合物PDADF做了如下表征:FTIR、XPS、UVvisNIR、NEXAFS,然后推测出该聚合物是由开环结构和关环结构组成的嵌段共轭聚合物,在开环结构中,部分内酯重复单元翻开,构成羧酸和苯酚基团,然后促进聚合物在水中涣散。作者还研讨了聚合物PDADF的电气功能和薄膜微观结构表征,PDADF薄膜的电导率为30.9 4.6 S cm1且具有十分杰出的重现性,参加表面活性剂Tween 80可发生更均匀的薄膜,电导率高达66 S cm-1。这是用水或水/醇混合物组成和加工的 n 型导电聚合物中报导的最高值。有必要留意一下的是,运用收回的TMQ-PA组成的PDADF的电导率与运用新组成的氧化剂组成的PDADF的电导率适当,突出了收回进程的稳健性和有效性。

  最终,作者研讨了聚合物PDADF的运用,制作了第一个彻底由纯水溶液加工的聚合物、热电发电机。PDADF的水涣散体(50 wt % TW80)用来制作n-leg,而PEDOT:PSS(5 vol % EG)用作 p-leg。聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)箔用作柔性基板,金电极经过掩膜蒸腾在其上构成图画。TEG每个 p-n 对的功率输出与温度梯度呈二次联系,规模从0.64 nW(T = 10 K)到14.7 nW(T = 50 K)。

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