北京同步辐射装置用户在二维共轭聚合物片层快速制备研究方面获新进展

二维材料具有独特的物理、化学性质，受到了科研工作者的广泛关注。与无机二维材料相比，二维有机材料的机械柔韧性更好、化学结构具有更广泛的可调性。但是，当前二维有机材料的制备仍面临着合成复杂、拓扑选择性狭窄和产率低的挑战，限制了二维有机材料的应用。因此，如何实现快速大量制备是当前二维有机材料的研究热点之一。

　　北京同步辐射装置用户耿建新教授团队以聚（3，4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸钠（PEDOT:PSS）为原料，通过冰模板诱导PEDOT:PSS形成二维片层，实现了PEDOT:PSS二维片层材料的快速批量制备。该团队系统地阐明了冷冻过程中片层的形成机理及片层内部分子链的排列方式，将所得二维片层应用于超级电容器的电极材料，得到了优异的储能性能。

　　该团队与北京同步辐射装置的漫散射、小角散射实验站合作，利用同步辐射X射线衍射研究了分子链在片层内部的排列形式。研究过程中，通过分析X射线从不同方向入射时收集的二维衍射图样，得到了分子链在片层内部的排布方式，即PEDOT链沿冻结方向排列的同时，其分子链骨架平面垂直于二维片层。此外，还利用同步辐射原位小角X射线散射技术阐释了二维共轭聚合物片层的形成过程。通过分析不同温度下收集的小角X射线散射图样，获得了PEDOT聚合物链在冷冻过程中构象演变的信息，即在冷冻过程中PEDOT链解缠绕并被挤压到冰晶“边界”处而形成二维片层。

　　该共轭聚合物二维片层材料的制备方法易于实施、产率高、可放大，为二维有机材料的制备拓宽了途径。相关研究成果以“Ice-Templated Large-Scale Preparation of Two-Dimensional Sheets of Conjugated Polymers: Thickness-Independent Flexible Supercapacitance”为题发表在国际著名学术期刊《ACS Nano》（2021, 15, 8870-8883）上。

　　原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c01459 

　　

　　图：（a）PEDOT:PSS片层气凝胶的制备过程。（b）PEDOT:PSS片层阵列的制备过程。（c）不同温度下，PEDOT:PSS分散液的原位小角X射线散射图样。（d）PEDOT:PSS片层阵列的示意图及不同X射线入射方向时采集的二维X射线衍射图样。