基于三倍对称有机共轭分子的多孔聚合物合成及在电化学储能的应用

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二维有机多孔聚合物具有如可调节框架结构,重量轻,柔韧性,高比表面和良好的半导体等优异特性,已成为一种有前途的功能材料,其中,二维聚合物因其平面分层结构以及独特的电子结构被证实可以良好地应用到微型超级电容器中,但是石墨烯基的二维聚合物通常来说制备比较复杂并且成本偏高,所以新型的二维有机多孔聚合物亟待开发,此外,由于新兴电子产业的发展,对于电化学能源存储与转化的性能要求越来越高。例如:1、氮掺杂的多孔有机聚合物因其较高的比表面以及丰富的活性位点已被证实在电化学能源存储,2、新型能源储存器件越来越向着微米级乃至纳米级的尺度发展,平面型微型超级电容器因其较短的电子传输而受到广泛研究。本课题受自下而上策略制备石墨烯的启发,利用新型的三倍对称有机共轭分子通过简单的碳-碳(C-C)偶联以及光交联聚合的方法合成了二维有机聚合物,并在氧还原领域以及微型超级电容器领域有着良好的应用。具体研究内容如下:(1)首先我们合成了具有N、Cl的新型三倍对称有机共轭分子3(NCl),然后通过在400摄氏度下C-C偶联反应合成具有明确结构单元的新型二维有机多孔聚合物,再进一步对得到的聚合物进行高温煅烧以及氨气活化,得到具有高比表面积的N掺杂多孔碳材料,因其具有的高比表面积以及丰富的活性位点,使其在氧还原反应中表现出良好的性能以及优异的稳定性。(2)基于得到的3(NCl)进一步合成得到新型盘状分子3B(NF)2,利用简单的紫外灯光照,我们在界面聚合得到了基于3B(NF)2为单体的新型二维有机聚合物膜2D-3BN,并通过简单的组装,得到了基于2D-3BN的新型微型超级电容器2D-3BN@MSCs,由于3B(NF)2独特的光电性质以及丰富的杂原子,2D-3BN@MSCs表现出了良好的电化学性能:所制备的微型超级电容器具有94.161μFcm-2的面积电容和20.925Fcm-3的体积电容,并且在1000Vs-1的超高扫速下表现出惊人了1461.378Wcm-3的体积功率密度。
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