多金属氧簇的氧化还原性及其黏性软材料的构筑及应用

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多金属氧簇(POMs)不仅是一类重要的单分子簇也是功能多样的构筑基元,多金属氧簇因其组成丰富、种类多样、高度单分散的尺寸,可逆的氧化还原活性、热稳定性、高电荷密度以及高的电子存储容量等特点,在很多科学领域受到了人们广泛的关注。然而,这些无机簇合物具有刚性大、加工性差等缺点,从而极大的限制了其应用范围。为扩展多金属氧簇在电子及传感领域的应用范围,近年来众多科研工作者都致力于开发POMs基的柔性软材料,以满足应用需求。本论文中发展了一类基于多金属氧簇的超分子水基胶黏剂软材料,我们期望整合胶黏剂的粘弹性、加工性、粘接性以及多金属氧簇的氧化还原等特性发展一类功能性软材料,并应用于超级电容器的电极活性涂层,为柔性超级电容器的构筑提供新的思路。提出,我们采用静电、氢键以及疏水作用等一系列非共价键作用制备了一种含POMs的水基胶黏剂软材料。首先,我们以多巴胺小分子为界面键合基于,以含有钒和钼元素的多金属氧簇作为氧化剂,通过共价/非共价协同作用制备了一种多金属氧簇/多巴胺水基胶黏剂。在此,氧化性多金属氧簇既充当交联剂与多巴胺静电交联,又作为氧化剂使多巴胺发生共价交联,从而形成了具有一定内聚力的水基胶黏剂。这一策略还可推广到其它含氨基的多酚化合物,如酪胺、5-羟基多巴胺等。随后,我们选用化学稳定的芳香型氨基酸小分子和多金属氧簇为构筑基元,并掺杂少许导电性能良好的碳材料(如石墨烯、石墨微片、碳纳米管等)通过简单的固相研磨,水相组装的方法制备了一种耐水型导电水基胶黏剂。该胶黏剂即保留了多金属氧簇的储电子能力又具有良好的导电性,可通过简单注射加工成电极涂层材料。我们以碳纸作为导电基底,所得导电胶为涂层,PVA/H2SO4水凝胶为固态电解质构建了一种超级电容器器件。我们进一步以丁腈橡胶为电极基底,利用多金属氧簇导电胶黏剂优异的粘接性、柔性、自修复性以及可变形性能构筑了上柔性可拉伸的超级电容器。这为构筑电极非依赖的柔性超级电容器提供了新的设计思路。
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