单胶束导向制备多孔聚吡咯及其性能研究

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作为一种典型的导电聚合物,聚吡咯具有类似金属的独特电学特性,又兼有聚合物的柔韧性,因而在储能转换、传感及柔性器件等领域备受瞩目。块体材料因为结构上的无序堆垛,以及较小的比表面积,使其内部传质受限,从而制约了其开发和应用。在材料内部创造丰富的孔道,对其形貌进行精心设计,可以有效提升其比表面积以及暴露更多活性位点,从而大大提升其性能和扩展其应用范围。针对上述目的,本文以嵌段共聚物形成的单胶束为模板,在溶液中控制其自组装行为,并导向聚合物单体的聚合生长,制备出多种多孔聚吡咯材料,进一步探索其在储能领域的潜在应用。1.介孔聚吡咯纳米颗粒的制备及其超级电容器性能研究以嵌段共聚物(PS-b-PEO)在溶液中自组装形成的单胶束为模板,利用氢键作用吸引吡咯单体聚集、组装,形成的二次组装体在聚合作用驱动下进一步聚集共组装,自下而上地制备出具有高比表面(192.7 m2 g-1)及孔体积(0.85 cm3 g-1)的介孔聚吡咯(m PPy)纳米颗粒。通过简单调节反应体系中的用水量,实现了不同尺寸及比表面的介孔聚吡咯的可控制备,并进一步探究其作为超级电容器电极活性材料时尺寸与性能间的内在关系。结果表明,有着较小尺寸的介孔聚吡咯纳米颗粒(56 nm)具有较高的容量(320 F g-1,0.5 A g-1)和较好的倍率性能。2.多腔室聚吡咯微球及其衍生氮掺杂多孔碳材料的合成在共溶剂体系下,以合成的枝状嵌段共聚物(PS-b-3(PEO9))自组装形成的单分散的复合大胶束为结构导向剂,利用吡咯的疏水特性及其与PEO端形成的氢键作用,吸引吡咯在复合大胶束表面及内部聚集,随后利用空间限域下的聚合作用,构筑了内部具有丰富腔室结构的聚吡咯(MCPPy)微球(尺寸1.2μm)。进一步利用无机盐活化、高温处理MCPPy微球,得到氮掺杂多孔碳(NPC)微球。NPC微球具有开放孔道及精细的内部结构,其比表面积为588.9 m2 g-1,孔体积为0.45 cm3 g-1,有望用于储能及电催化等领域。
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