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LaFREMD团队自然指数期刊《Macromolecules》:规模化原位沉积聚噻吩薄膜

2020-05-26 17:13  点击:[]


聚噻吩是一种具有共轭长链的导电高分子材料,具有导电性、环境稳定性、非线性光学性质等优异,可广泛运用于太阳能电池、热电器件、电致变色器件等。但由于聚噻吩在溶剂中溶解度极低,极大地限制了其成膜工艺的发展及在器件中的应用。

原位聚合聚噻吩薄膜是制备聚噻吩薄膜的一种重要方式,但由于噻吩单体氧化电位高(>1.65 V vs Ag/AgCl,合成聚噻吩薄膜的难度加大。目前原位合成噻吩薄膜常用的方法是电化学合成,通过施加足够的电压使得单体聚合得到聚噻吩薄膜。由于噻吩的聚合电位高于过氧化电位,产物往往含有过氧化的聚噻吩,降低薄膜品质。当往电解液中加入一些路易斯酸如三氟化硼乙醚可在一定程度上降低氧化电位,减少过氧化现象的发生,提升聚噻吩薄膜品质。但是电化学合成成本高昂,且需要导电基底,使得聚噻吩无法在工业生产中常用的不导电基底如玻璃和塑料表面原位聚合成薄膜,一方面限制了其在一些光电器件和柔性可穿戴设备的应用,另一方面不能进行大规模制备满足工业生产的需要。

基于此,在李永舫院士的引导下,重庆大学孙宽研究员带领的柔性可再生能源材料与器件(La FREMD)团队把可兼容多种基底及大面积制备的连续液相聚合法(sequential solution polymerization, SSP)应用到聚噻吩的合成(图1)。该方法采用溶于甲磺酸的V2O5作氧化剂,在基底表面先后沉积氧化剂溶液和单体溶液,快速聚合并得到聚噻吩薄膜。实验证明向单体溶液中加入少量甲磺酸(0.2 vol%)能有效降低单体氧化电位,因此能在SSP过程中成功氧化聚合。合成的薄膜中噻吩单元为Cα-Cα连接,同时没有过氧化的发生。使用溶剂清洗后,薄膜中的氧化剂和大多数甲磺酸被有效去除,得到砖红色聚噻吩薄膜。砖红色的聚噻吩薄膜为完全的中性状态,浓硫酸处理-溶剂清洗和电化学氧化还原能对聚噻吩薄膜进行可逆的掺杂和去掺杂,并伴随着可逆的蓝-红颜色变化,表明SSP制备的聚噻吩在电致变色、化学变色等领域具有较大的应用潜力。

该成果以《连续液相聚合原位制备非取代聚噻吩薄膜及其化学/电致变色应用》(Unsubstituted Polythiophene Film Deposited via In-situ Sequential Solution Polymerization for Chemo-/Electrochromism)为题发表在自然指数期刊《Macromolecules》上。重庆大学的孙宽研究员为通讯编辑,博士生陈瑞、陈珊珊博士和周永利为共同第一编辑,本科生韦洲崟和汪海燕参与了该研究项目。

1 连续液相聚合法原位沉积聚噻吩薄膜的过程及掺杂/去掺杂

 

全文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c00297

课题组链接:https://www.x-mol.com/groups/LaFREMD

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