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超分子自组装导电高分子水凝胶及其形貌控制
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摘要
导电聚合物水凝胶在能源、环境和生物医药等领域有巨大的应用潜力。本文介绍借助圆盘液晶分子与聚吡咯的空间位阻等弱相互作用调控聚吡咯水凝胶微观形貌的超分子自组装方法。聚吡咯由于分子链的扭曲,比较难合成形貌规则的纳米线结构。使用圆盘状液晶酞菁铜作为掺杂剂,通过超分子自组装聚合得到纳米线微观结构的聚吡咯水凝胶。其中掺杂剂四磺酸基酞菁铜不仅作为连接点使聚吡咯形成三维网状结构,进一步形成水凝胶,而且通过空间位阻和离子等超分子相互作用对聚吡咯形成纳米线形貌起到了重要的导向作用。通过调节掺杂剂的种类、浓度以及氧化剂的种类来调控纳米线的直径得到从几十纳米到几百纳米的聚吡咯纳米线。掺杂后的聚吡咯纳米线电导率提高一个数量级并具有更高的比表面积,得到了高容量的超级电容器(400Fg~(-1))。超分子方法不仅适用于聚吡咯,而且可以扩展应用到其他聚合物的形貌控制,包括聚苯胺以及PEDOT等聚合物。通用的超分子自组装调控形貌的方法可以用于设计得到低维结构的聚合物用于多种性能与结构密切相关的器件,比如能源存储器件、传感器等。
Conducting polymer hydrogels emerge as a novel class of polymeric materials that show great potential in many energy,environmental,and biomedical devices.We describe here for the first time a general supramolecular approach toward controlled in situ synthesis of one-dimensional nanostructured conductive hydrogels(polypyrrole(PPy) as a model system) using a rational dopant counterion,which is a disc-shaped liquid crystal molecular copper phthalocyanine-3,4 ',4 ",4'"-tetrasulfonic acid tetrasodium salt(CuPcTs).The dopant molecule CuPcTs cross-linked the PPy chains to form a three-dimensional network that gelated into a hydrogel.The PPy hydrogel could be synthesized in bulk quantities with uniform morphology of self-assembled interconnected nanofibers.The tetrafunctional dopant favors a supramolecular self-assembly mechanism to form onedimensional PPy nanostructures.Furthermore,the enhanced interchain charge transport of CuPcTs doped PPy resulted in greatly enhanced conductivity and pseudocapacitance compared with pristine PPy.
引文
[1]Zhao,Y.;Liu,B.;Pan L.;Yu,G.Energy&Environ.Sci.2013,6:2856.
    [2]Wang,Y.;Shi,Y.;Pan,L.;Ding,Y.;Zhao,Y.;Li,Y.;Shi,Y.;Yu.G.Nano Lett.2015,15:7736.

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