Acc. Chem. Res.：新型多功能导电高分子凝胶的合成、性质及应用

撰稿人：石烨（UT Austin）

在过去的几十年里，导电高分子由于具有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，因而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能。导电高分子凝胶是纳米结构化导电高分子材料中的一个杰出代表，继承了纳米尺度高分子聚合物的部分理化性质，同时由于具有高度交联的网络结构而表现出独特的结构特性，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。

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合作，近期在化学类的顶级综述期刊Accounts of Chemical Research 上发表了关于三维纳米结构化导电高分子凝胶设计、合成及应用方面的一系列工作，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，并研究了凝胶三维结构的多种独特性质，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（图1）。

图1. 导电高分子凝胶由于具有独特的理化性质，在诸多领域得到了广泛的研究及应用。

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及掺杂作用（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（包括交联剂的种类、溶剂、反应时间、反应温度等）进行广谱调控（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较高的电导率和表面积，多孔结构可促进液体以及离子在其中的传输与扩散，因而应用于电化学能源储存器件中用以提升器件性能（图2C）。文中介绍了将其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使高分子凝胶在生物传感器方面得到了独特的应用（图2D）。这种新型导电高分子凝胶通过热处理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，由于新型导电高分子凝胶具有高度交联的三维结构，可用于制备多功能复合凝胶材料（图2E）。这些材料表现出优秀的导电性能、环境响应特性以及自修复行为，在智能电子器件的发展中拥有广阔的应用前景。

图2. （A）新型导电高分子凝胶利用多官能团分子作为交联剂；（B）凝胶的结构与性质可进行广谱调控；（C）（D）该凝胶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。

该论文作者为：Fei Zhao, Ye Shi, Lijia Pan, Guihua Yu

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）：

Multifunctional Nanostructured Conductive Polymer Gels: Synthesis, Properties, and Applications

Acc. Chem. Res., 2017, 50, 1734, DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00191

导师介绍

余桂华

http://www.x-mol.com/university/faculty/37838

课题组主页

http://yugroup.me.utexas.edu/