基于上海光源SAXS线站——二维介观有序导电高分子研究取得重要进展

2016/10/09 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:

发展新型的、石墨烯之外的二维超薄结构材料已成为时下的研究热点。通过机械剥离、气相沉积以及界面导向的生长技术,人们已经可以成功实现一系列二维材料的制备。而有序介观结构的引入,特别是在二维材料片层内部引入范围在2-50nm内的有序介孔阵列,可以提供给二维材料更大的比表面和更为贯通的网络结构。同时,纳米尺度的二维多孔阵列,也能赋予二维材料在催化、分离等领域的新应用。然而,迄今为止在二维材料内部直接地创造有序的介观多孔结构仍是一个巨大挑战。

德累斯顿工业大学冯新亮课题组在上海光源16B线站的支持下,近期在Angew. Chem. Int. Ed.杂志上发表了题为“Two-Dimensional Mesoscale-Ordered Conducting Polymers”的论文(DOI:10.1002/anie.201606988)。通过协同操纵两种不同特性的胶束组装体,包括在溶液中能自发形成稳定的球形胶束和具有磷脂结构的二维超薄片状胶束,成功地实现嵌段共聚物的球形胶束在二维磷脂片层结构的表面规则组装。这种通过协同共组装所形成的二维超分子聚集体,可以进一步诱导导电高分子——聚苯胺前驱体,在它们周围聚集和在引发剂的作用下导向生长。最后,利用模板在不同溶剂的溶解性,通过溶液萃取,可以同时移除两种胶束模板,得到纯的有序的二维介孔导电聚苯胺超薄材料。小角X射线研究表明,该材料的介观孔道呈六方结构规则排列,重复单元间距约30 nm,而且该材料的孔径在7-18nm范围内可调,厚度在13-45nm间可调,比表面积高达85 m2g-1。更为重要的是,这种通过不同的模板组装体的协同导向生长,得到的二维有序介观结构的聚苯胺材料拥有极高的导电性。其中,直接制备的二维聚苯胺薄膜,未经任何掺杂处理,其电导率高达41S cm-1,超过目前报道的聚苯胺材料,而进一步的盐酸掺杂,可以使其电导率大幅提升至188S cm-1。作为二维有序介观结构的导电高分子的首次研究, 该成果被Angew. Chem. In. Ed选为热点论文(Hot paper),并被Nature Reviews Materials作为亮点进行了专题报道(DOI:10.1038/natrevmats.2016.79)。(材料与能源部 供稿)

上图描述了合成二维有序介观结构聚苯胺的过程,下图为扫描电镜、原子力显微镜、透射电镜以及小角X射线表征结果,证明了该材料的二维有序介观结构。

全文见链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201606988/full

Nature Reviews Materials 亮点报道:http://www.nature.com/articles/natrevmats201679

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