基本信息
- 作品名稱：
- 導(dǎo)電高分子水凝膠與氣凝膠研究
- 大類：
- 自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
導(dǎo)電高分子水凝膠和氣凝膠能夠結(jié)合導(dǎo)電高分子與水凝膠和氣凝膠各自的優(yōu)勢，在能源、催化、生物、環(huán)境工程等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于導(dǎo)電高分子既不能在水或有機(jī)溶劑中溶解，又不能在高溫時熔融，因而獲得預(yù)期的導(dǎo)電高分子水凝膠和氣凝膠在合成方面仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目提供了一種合成導(dǎo)電高分子水凝膠與氣凝膠的新策略，并對獲得的導(dǎo)電高分子水凝膠與氣凝膠的物理化學(xué)性能與應(yīng)用性能進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。
- 詳細(xì)介紹：
導(dǎo)電高分子，如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等，是一類獨(dú)特的能夠顯示出金屬或者半導(dǎo)體的電學(xué)和光學(xué)特性的有機(jī)材料。水凝膠是以三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為特征且在三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容納了大量不流動的水分子的一類膠體。氣凝膠是具有低密度和高比表面積的高度多孔性納米材料，它一般采用超臨界干燥或冷凍干燥把濕凝膠中的液體用氣體來置換而不顯著改變凝膠網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)或者體積而得到的。導(dǎo)電高分子水凝膠和氣凝膠由于結(jié)合了導(dǎo)電高分子與水凝膠和氣凝膠各自的優(yōu)勢，因而在化學(xué)模仿神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、生物識別膜、電刺激藥物釋放、神經(jīng)修復(fù)、電化學(xué)能量儲存、吸附與催化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于常規(guī)的導(dǎo)電高分子既不能在水或者有機(jī)溶劑中溶解，又不能在高溫時熔融，因而獲得預(yù)期的導(dǎo)電高分子水凝膠和氣凝膠在合成方面仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。
我們由兩位本科生組成的項(xiàng)目小組首先通過有機(jī)合成，將親水性的磺酸基團(tuán)引入到 (3,4)-乙撐二氧噻吩（EDOT）分子中，獲得了兩親性的EDOT-S單體，并首次發(fā)現(xiàn)EDOT-S單體的熒光性能；其次通過氧化偶聯(lián)方式，原位合成出導(dǎo)電高分子PEDOT-S水凝膠，且觀察到由二維的納米結(jié)構(gòu)組裝成三維塊體凝膠的現(xiàn)象，這在有機(jī)材料的水凝膠中是第一例。并進(jìn)一步揭示了PEDOT-S水凝膠的電勢依賴的凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變；最后，用EDOT-S單體分散EDOT分子，獲得了穩(wěn)定的乳液。采用氧化偶聯(lián)的方式引發(fā)乳液聚合，合成出PEDOT-S/PEDOT水凝膠，以該水凝膠為前驅(qū)體，采用超臨界干燥或者冷凍干燥的方式，成功地獲得了PEDOT-S/PEDOT氣凝膠。電化學(xué)研究表明，該氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)電容性能；吸附實(shí)驗(yàn)表明，該氣凝膠能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)染料進(jìn)行高效吸附，并能快速可控的釋放已經(jīng)吸附的染料分子。
在完成項(xiàng)目的過程中，我們由兩位本科生組成的項(xiàng)目小組已發(fā)表和即將發(fā)表論文共計3篇：
(1)Synthesis of conducting polymer hydrogels with 2D building blocks and their potential-dependent gel–sol transitions, Chem. Commun., 2011, (47), 6287-6289
(2)Emulsion-template synthesis and multi-purpose uses of conducting polymer aerogels, 2011, to be submitted to J. Am. Chem. Soc.
(3)Alkoxysulfonate-Functionalized PEDOT hydrogels: dimention evolusion, metal-ion effect, overoxidation and pratical performances, 2011, to be submitted to Macromolecules- 獲獎情況：
第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 二等獎
與之相關(guān)的部分研究成果已經(jīng)發(fā)表于英國皇家化學(xué)會主辦的國際權(quán)威雜志Chemical Communications （SCI影響因子：5.5）
Ran Du, Yangzi Xu, Yunjun Luo, Xuetong Zhang*, Jin Zhang, Synthesis of Conducting Polymer Hydrogels with 2D Building Blocks and Its Potential Dependent Gel-Sol Transitions, Chemical Communications, 2011, (47), 6287-6289.
