朱美芳教授-廖耀祖教授合作团队在功能共轭聚合物领域取得重要进展

发布时间:2018-03-02发布部门:材料科学与工程学院

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近日,国际知名学术期刊《先进材料》(Advanced Materials》(最新影响因子19.791)发表了我校纤维材料改性国家重点实验室朱美芳教授-廖耀祖教授合作团队和德国柏林工业大学阿纳托马斯(Arne Thomas) 教授课题组合作撰写的论文《利用Buchwald-Hartwig偶联合成共轭微孔聚合物网络用于高效超级电容器能量存储》(Efficient Supercapacitor Energy Storage Using ConjugatedMicroporousPolymer Networks Synthesized from Buchwald-Hartwig Coupling )(DOI:10.1002/adma.201705710),报道了合作团队在能源存储材料领域取得的最新进展。我校系该论文第一完成单位,廖耀祖教授为第一作者并与阿纳托马斯教授为共同通讯作者。论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201705710/full

多孔共轭聚合物是一类由全共轭高分子网络围筑、自具孔结构的新兴功能材料,其特点是孔结构稳定、光电性质可调控以及合成路径多样等。自2007年新兴以来,人们主要关注如何提高其比表面积、丰富孔结构以及改善气体吸附效率。最近,利用其本征孔结构和氧化还原活性,开发兼具双电层和赝电容储能机制的电极材料逐渐成为研究热点。

化石燃料为主的现有能源结构导致全球面临严重的能源危机、环境污染及温室效应等问题,亟需寻找可替代的能源存储与转换方式。超级电容器作为一种新型储能方式,具有环境友好、能量密度大、充放电速度快以及循环稳定性好等优点,备受人们关注。其储能机制包括双电层和赝电容储能两种,对应的典型材料为碳材料和导电聚合物。然而,前者比电容不高,而后者循环稳定性较差。如何发挥两种储能机制,研制高比电容和高循环稳定性电极材料是该研究领域的关键科学问题。

据悉,该合作团队提出Buchwald-Hartwig偶联方法制备主链含氮、侧基含氧(N、O含量高达20%)的氨基蒽醌多孔共轭聚合物,通过分子设计优化氧化还原活性,获得较高的赝电容;利用多孔共轭聚合物骨架自具孔道结构,促进电解质传输,避免电极材料的溶胀和收缩;充分发挥双电层和赝电容两种储能机制,研制的三电极超级电容器在1A/g电流密度下比电容高达576F/g,循环使用6000次后可仍然保持85%起始电容;进而组装成非对称双电极超级电容器的操作窗口宽,功率和能量密度分别高达1300W/kg和60Wh/kg,循环2000次性能无衰减。该研究工作为电化学能源存储有机多孔材料的理性设计提供了新思路。

廖耀祖教授作为朱美芳教授领衔的科技部先端纤维与复合技术创新团队的重要骨干成员,自2015年加入东华大学以来,在功能共轭聚合物领域开展了系列前沿研究工作。主要包括:储能功能(Adv. Mater. 2018, DOI:10.1002/adma.201705710;Chem. Mater. 2017, 29,4885-4893; ACSMacroLett.2017, 6, 1444-1450) 、催化功能(ACSAppl. Mater. Interfaces2017, 9, 38390-38400)、吸附分离功能(Polym.Chem.2017, 8, 7240-7247; Macromolecules2016, 49, 6322-6333; Indus. Engin. Chem.Res. 2016, 55, 4911-4918)以及荧光检测功能共轭聚合物(Chem. Sci.2015,6, 7190-7200)的基础应用研究,相关成果申请了多项中国发明专利。相关研究工作获得国家自然科学基金面上和青年项目、上海市重点研发计划、上海市浦江人才计划、中央高校基本科研业务费重点项目以及东华大学高层次人才启动经费等支持。


视频:   摄影: 撰写:星禧  信息员:星禧  编辑:朱一超

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