石墨烯化聚合物的合成和應用

編號：NMJS05337

篇名：石墨烯化聚合物的合成和應用

作者：宋琪； 李祥龍； 郝龍； 智林杰；

關鍵詞：石墨烯； 聚合物； 石墨烯化聚合物； 自下而上； 自上而下；

機構(gòu)： 國家納米科學中心；

摘要： 石墨烯是由純粹的sp2碳組成的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu),具有良好的導電導熱性;聚合物是由某些小分子結(jié)構(gòu)單元組成的鏈狀或網(wǎng)狀大分子,包含大量氫,氧,氮等雜原子或大量功能基團.由于石墨烯具有超大比表面積和優(yōu)異的電學性能,國內(nèi)外學者投入了大量精力開發(fā)基于石墨烯的高性能儲能器件,包括鋰離子電池和超級電容器.同時,由于微孔聚合物具有高度可控的結(jié)構(gòu)和超大比表面積,這種新型的聚合物可望廣泛應用于氣體存儲、催化及傳感領域.近年來,結(jié)構(gòu)介于石墨烯和聚合物之間的一系列過渡型材料受到廣泛關注,迅速成為能源等領域特別是儲存領域的研究熱點.這類材料同時具有石墨烯單元結(jié)構(gòu)和聚合物片段及功能.但與傳統(tǒng)的石墨烯/聚合物復合材料比較,這類材料中的石墨烯結(jié)構(gòu)是由聚合物前驅(qū)體及聚合物本身在較高的溫度下經(jīng)過脫氫、重構(gòu)、稠環(huán)化等苯環(huán)化學的成鍵反應逐漸長大而形成的;或者通過石墨烯的化學打孔、化學功能化、化學片段化逐漸形成的石墨烯與聚合物共存的獨特結(jié)構(gòu).這些形成的石墨烯單元被有機鏈或片段相互連接,形成各式各樣的帶有化學功能的多孔結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),這種獨特的結(jié)構(gòu)同時擁的良好的電子傳輸通道和離子傳輸通道,是二者的有機結(jié)合體,在能源儲存等領域表現(xiàn)出極大的應用潛力.本文將這種具有獨特結(jié)構(gòu)的石墨烯片段與聚合物片段共同組成的結(jié)合體稱之為石墨烯化聚合物(graphenal polymer),名稱的準確與否還要聚合物界前輩與同仁一起決定.本文結(jié)合本課題組這幾年來在這一領域的工作思路以及其他的部分本領域同行報道的一些工作進展,集中討論石墨烯化聚合物的合成方法及其在儲能領域的潛在應用.