聚(3,4-乙基二氧噻吩)(PEDOT)是最具前景的导电聚合物之一,广泛应用于有机电子学领域。然而,以往的研究主要集中在二次掺杂以提高其电导率,缺乏对其孔结构和形貌的控制,后者对于拓展其在智能传感、能量存储、限域催化、生物分子输运/分离等新兴应用至关重要。引入规则的介孔通道可以赋予无序堆叠的聚合物链开放连通的孔网络和更多暴露的活性位点。这种独特的介孔结构和PEDOT固有性质的结合有望大大提高其在电子器件中的电化学活性和性能。尽管已经建立的软模板法为制备具有纳米多孔结构和特定拓扑形态的导电聚合物提供了强有力的方法,但介孔PEDOT的软模板导向组装合成尚未实现,这归因于单体缺乏与结构导向剂匹配的相互作用。
图1. mPEDOT:PSS的合成示意图。(a) BCP自组装成球形胶束。(b)胶束与PSS作用形成PSS/BCP复合胶束。(c) PSS/BCP复合胶束吸引PEDOT低聚物形成BCP/PSS/PEDOT复合胶束。(d) BCP/PSS/PEDOT复合胶束进一步组装形成超分子聚集体,并原位交联形成聚合物骨架。(e)移除模板,得到mPEDOT:PSS。
图2. mPEDOT:PSS的结构表征。mPEDOT:PSS样品的(a) SEM图像及对应的粒径分布曲线(插图),(b) SEM图,(c) TEM图,(d)高角度环形暗场及(e-h)对应的EDX光谱元素图,(i) N2吸附-解吸等温线及对应的孔径分布(插图)。(j) mPEDOT:PSS和BCP样品的FT-IR光谱。mPEDOT:PSS样品的(k) S 2p精细光谱。
图3. 水系锌-碘电池的电化学性能。(a) 0.2 mV s-1扫描速率下,mPEDOT:PSS/I2电极前4个圈的CV曲线。(b) 0.2 mV s-1扫描速率下不同电极的CV曲线。(c)不同电极的Tafel图。(d)电极在不同电流密度下的速率性能。(e) mPEDOT:PSS/I2电极在不同电流密度下的GCD曲线。(f)不同电极在2 A g-1电流密度下的循环性能。(g) mPEDOT:PSS/I2电极在5 A g-1电流密度下的循环性能。(h)最近报道的锌碘电池碘宿主的性能对比。
本研究通过引入桥联分子连接软模板和前驱体,这将为其他多孔材料的软模板法制备提供思路,特别是那些缺少官能团与结构导向剂作用的前驱体。此外,本研究还提供了一种具有优异氧化还原活性、生物相容性和高比表面积的介孔导电聚合物,预期在可穿戴设备、智能传感、纳米反应器、多模态诊疗等领域拥有广阔的应用前景。
文章链接:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07868
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