[發明專利]一種多功能雙極性導電聚合物及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201711172634.5
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107964091B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 孟鴻;王藝霖;李微碩
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01G11/48;G02F1/15
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 郭偉剛

本申請提供一種多功能雙極性導電聚合物及其制備方法與應用。該聚合物可隨施加電位不同而實現N型摻雜和P型摻雜，并且可以在中性態、氧化態和還原態產生相應的(綠色?深灰色?磚紅色)顏色轉變。具有穩定性良好、可溶液制備、摻雜?去摻雜速度快、存儲電荷密度高等特點。可以解決現有Ⅲ型聚合物超級電容器材料N型摻雜不穩定，溶解度不佳，較難應用于柔性、大面積超級電容器器件制備及批量生產的問題。同時，該聚合物材料兼具電致變色性能，制得的超級電容器的充放電狀態可根據顏色變化判斷，是集電致變色與儲能性能為一體的新型智能超級電容器，可能將推動新一代能量儲存體系的發展，在人類應對能量危機與環境污染之路上發揮巨大作用。

技術領域

本發明涉及有機光電材料器件領域，特別涉及一種多功能雙極性導電聚合物及其制備方法與應用。

背景技術

導電聚合物是由具有共扼π-鍵的高分子經化學或電化學“摻雜”由絕緣體轉變為導體的一類高分子材料。自20世紀70年代中期發現導電聚合物以來，在許多科學研究單位內，導電聚合物已成為研究的熱門課題。經過不斷發展突破，目前最新一代的導電聚合物以D-A聚合物為主。因其性質的多樣化，導電聚合物在多重領域都有很好大的應用。良好的導電性和電活性，使導電聚合物成為一類重要的超級電容器電極材料，其電容主要來自于法拉第準電容。電極材料是超級電容器最為關鍵的部分，也是決定其性能的主要因素，因此開發具有優異性能的電極材料是超級電容器研究中最核心的課題。導電聚合物是一類重要的超級電容器電極材料，在充放電過程中發生氧化和還原反應，在聚合物膜上快速產生N型或P型摻雜，從而使聚合物存儲了很高密度的電荷，產生了很大的法拉第贗電容。Ⅲ型聚合物超級電容器(2個電極的電極材料由既可以N型摻雜又可以P型摻雜的雙極性導電聚合物構成)在充放電時能充分利用溶液中的陰陽離子，具有類似于蓄電池的放電特征，因此被認為是最有發展前景的超級電容器。對于多數導電聚合物來說，其N型的摻雜往往不穩定。此外，目前大多數D-A聚合物均溶解度不佳，難以應用于柔性、大面積超級電容器器件制備及批量生產。

發明內容

針對上述現存的問題及市場的巨大需求，本發明提供一種多功能雙極性導電聚合物，結合雙極性與溶解性的D-A聚合物突破Ⅲ型聚合物超級電容器的瓶頸。

本發明解決上述技術問題的方案為，提供一種多功能雙極性導電聚合物，其特征在于，其分子結構式通式如下所示：

其中，x＝1，y＝0或者x＝0，y＝1；

D1為及其衍生物中的一種；

A為及其衍生物中的一種；

D2為及其衍生物中的一種，R為-H或-C_nH_2n+1或-OC_nH_2n+1，1n≤50。

在本發明提供的多功能雙極性導電聚合物中，所述D2中，-C_nH_2n+1或-OC_nH_2n+1為直鏈或叉鏈。

本發明還提供該多功能雙極性導電聚合物的制備方法，統一表示如圖2所示。將D1-A單元與加側鏈的D2單元在催化劑的作用下進行直接芳基化聚合，得到所述雙極性導電聚合物；

具體地，本制備方法通過對不可溶D-A-D(給體-受體-給體)聚合物一側的D(給體)進行溶解性改善，由D-A(給體-受體)單元與加側鏈的D(給體)單元在催化劑的作用下進行直接芳基化聚合(DHAP)得到雙極性導電聚合物。通過給一側給體單元加不同長度、形狀的側鏈修飾調節聚合物的溶解性。

本發明還在于保護所述多功能雙極性導電聚合物材料在用于制備包括但不限于超級電容器以及電致變色裝置的各種裝置中的應用；

進一步，本發明還在于保護含有所述多功能雙極性導電聚合物材料的器件；