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Bay-substituted perylene diimide-based donor–acceptor type copolymers: design, synthesis, optical and energy storage behaviours
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2024-12-16 , DOI: 10.1039/d4ta06278g Lalmohan Das, Puspendu Das, Sk Mustak Ahamed, Ayan Datta, Arun K. Pal, Ayan Datta, Sudip Malik
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2024-12-16 , DOI: 10.1039/d4ta06278g Lalmohan Das, Puspendu Das, Sk Mustak Ahamed, Ayan Datta, Arun K. Pal, Ayan Datta, Sudip Malik
A series of bay-substituted PDI-based conjugated copolymers, which are composed of a linker as the donor moiety and perylene core as the strong p-electron acceptor moiety, have been designed to investigate the modulation of the photophysical properties with increasing donor–acceptor strength. After successful synthesis, all copolymers (namely, Benz-PDI, Btz-PDI, TzTz-PDI and NH-PDI) have been characterized by 13C NMR, MALDI-ToF and FT-IR analyses. The copolymers are moderately stable upon heating and are semi-crystalline in nature (except TzTz-PDI and NH-PDI). The optical characteristics of the copolymers are determined by absorption and emission studies. The redox properties of these copolymers are observed to change with increasing donor–acceptor strength, which is further supported by DFT calculations. Initial electrochemical studies reveal that the designed copolymers have the potential to be used as pseudocapacitive materials for energy storage applications. Among the four copolymers, charge–discharge studies indicate that NH-PDI produces the highest specific capacitance of 363 F g−1 with outstanding cyclic stability of 15 000 cycles under a three-electrode setup. A symmetric supercapacitor device made of NH-PDI produced a specific capacitance of 134.2 F g−1 with relatively higher values of specific energy density (E) and specific power density (Pmax) at a current density of 0.5 A g−1. The excellent result of PDI-embedded conjugated donor–acceptor polymers reveals a novel design strategy as well as the subsequent application of a new type of a stable polymeric electrode material for high-performance supercapacitors.
中文翻译:
湾取代苝二酰亚胺基供体-受体型共聚物:设计、合成、光学和储能行为
设计了一系列基于湾取代的 PDI 共轭共聚物,它们由作为供体部分的接头和作为强 p 电子受体部分的苝核组成,以研究随着供体-受体强度的增加而对光物理性质的调节。成功合成后,所有共聚物(即 Benz-PDI、Btz-PDI、TzTz-PDI 和 NH-PDI)均通过 13C NMR、MALDI-ToF 和 FT-IR 分析进行了表征。共聚物在加热时具有中等稳定性,本质上是半结晶的(TzTz-PDI 和 NH-PDI 除外)。共聚物的光学特性由吸收和发射研究确定。观察到这些共聚物的氧化还原性能随着供体-受体强度的增加而变化,DFT 计算进一步支持了这一点。初步电化学研究表明,所设计的共聚物有可能用作储能应用的伪电容材料。在四种共聚物中,充放电研究表明,NH-PDI 在三电极设置下产生最高的比电容 363 F g−1,具有出色的循环稳定性,为 15 000 次循环。由 NH-PDI 制成的对称超级电容器器件产生 134.2 F g-1 的比电容,在电流密度为 0.5 A g-1 时,比能量密度 (E) 和比功率密度 (Pmax) 值相对较高。 PDI 包埋的共轭供体-受体聚合物的优异结果揭示了一种新的设计策略,以及随后用于高性能超级电容器的新型稳定聚合物电极材料的应用。
更新日期:2024-12-16
中文翻译:
湾取代苝二酰亚胺基供体-受体型共聚物:设计、合成、光学和储能行为
设计了一系列基于湾取代的 PDI 共轭共聚物,它们由作为供体部分的接头和作为强 p 电子受体部分的苝核组成,以研究随着供体-受体强度的增加而对光物理性质的调节。成功合成后,所有共聚物(即 Benz-PDI、Btz-PDI、TzTz-PDI 和 NH-PDI)均通过 13C NMR、MALDI-ToF 和 FT-IR 分析进行了表征。共聚物在加热时具有中等稳定性,本质上是半结晶的(TzTz-PDI 和 NH-PDI 除外)。共聚物的光学特性由吸收和发射研究确定。观察到这些共聚物的氧化还原性能随着供体-受体强度的增加而变化,DFT 计算进一步支持了这一点。初步电化学研究表明,所设计的共聚物有可能用作储能应用的伪电容材料。在四种共聚物中,充放电研究表明,NH-PDI 在三电极设置下产生最高的比电容 363 F g−1,具有出色的循环稳定性,为 15 000 次循环。由 NH-PDI 制成的对称超级电容器器件产生 134.2 F g-1 的比电容,在电流密度为 0.5 A g-1 时,比能量密度 (E) 和比功率密度 (Pmax) 值相对较高。 PDI 包埋的共轭供体-受体聚合物的优异结果揭示了一种新的设计策略,以及随后用于高性能超级电容器的新型稳定聚合物电极材料的应用。