新型联苯胺基窄带隙共轭聚合物的光学及电化学性能研究

随着化石燃料的日益枯竭,人类社会对能源的需求在不断增长。为了平衡能量应用需求并提升能量使用效率,开发高效能量转换材料与电化学储能材料成为当前研究的重要课题。导电聚合物基电极材料面临着相应储能器件能量密度、功率密度、循环性能不高的挑战,需进行结构改性提高电导率、改善界面性质。鉴于共轭高分子的电子结构、光学及电化学性质由共轭链骨架结构决定,对导电共轭聚合物进行结构修饰以提升其电荷传输性能和载流子迁移率,进而设计合成新型高迁移率导电聚合物基共轭聚合物是提高相应器件特性的关键所在。已有研究大多借助复杂的结构设计来实现提升迁移率,设计合成了结构简单,有助提升电荷迁移的新型窄带隙聚联苯胺基共轭聚合物聚物。通过光谱学及电化学方法对材料结构与性能进行了表征分析。采用核磁共振氢谱、红外光谱,X射线粉末衍射对单体及聚合物进行了结构表征,通过紫外光谱、紫外可见漫反射、循环伏安、计时电位、交流阻抗对其进行了光学及电化学性能测试。结果表明,成功制得具有预期结构的共轭聚合物,所得聚合物结晶性较佳,光学带隙E^(opt)_(g)为1.85 eV,HOMO及LUMO能级分别为-5.44和-3.59 eV,前者高于,后者则低于大部分文献值,呈现可同时促进p-型和n-型掺杂的结构特性,具备增强材料容纳电荷能力的性能优势。聚合物储能特性受化学结构、晶体结构及微观形貌综合影响。改善材料微观结构特性有助于提升其电子电导率,但层状致密块体形貌特征又使其离子电导率受限。电化学性能测试结果显示,聚合物具有一定电化学活性,具有较小的电荷转移阻抗,具备基本满足使离子顺利扩散的条件,0.05 A·g^(-1)时的放电比电容达256.6 F·g^(-1)。研究结果表明,制得的联苯胺基窄带隙共轭聚合物在光电转换、储能及微型电子器件中有广阔的应用前景。

供电子基取代联苯胺类共轭聚合物的合成及性能

以3种供电子基团的联苯胺和苯甲醛为原料,合成了N,N′-二苯亚甲基-3,3’-二甲基联苯二胺(Ⅰ)、N,N′-二苯亚甲基-3,3’-二羟基联苯二胺(Ⅱ)和N,N′-二苯亚甲基-3,3’-二甲氧基联苯二胺(Ⅲ),通过自由基聚合合成了3种给体-受体型导电共轭聚合物(PⅠ、PⅡ和PⅢ)。采用NMR、FTIR、XRD对单体及共聚物进行了结构表征,通过UV-Vis、UV-Vis-DRS、循环伏安、计时电位、交流阻抗、循环性能测试对共轭聚合物进行了光电性能及电化学性能测试。结果表明,PⅢ分子链共轭程度较高、结晶性较佳,光学带隙为2.09eV,具有较高的最高占据分子轨道及较低的最低未占分子轨道,分别为–5.15和–3.06 eV,呈现更好的氧化还原性,同时表现出较佳的电化学电容特性。在电流密度为0.3A/g时,PⅢ恒流充放电首次放电比容量达1030F/g,经700次循环仍保持在530 F/g。