[发明专利]一种多功能双极性导电聚合物及其制备方法与应用

说明书

本申请提供一种多功能双极性导电聚合物及其制备方法与应用。该聚合物可随施加电位不同而实现N型掺杂和P型掺杂，并且可以在中性态、氧化态和还原态产生相应的(绿色‑深灰色‑砖红色)颜色转变。具有稳定性良好、可溶液制备、掺杂‑去掺杂速度快、存储电荷密度高等特点。可以解决现有Ⅲ型聚合物超级电容器材料N型掺杂不稳定，溶解度不佳，较难应用于柔性、大面积超级电容器器件制备及批量生产的问题。同时，该聚合物材料兼具电致变色性能，制得的超级电容器的充放电状态可根据颜色变化判断，是集电致变色与储能性能为一体的新型智能超级电容器，可能将推动新一代能量储存体系的发展，在人类应对能量危机与环境污染之路上发挥巨大作用。

技术领域

本发明涉及有机光电材料器件领域，特别涉及一种多功能双极性导电聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

导电聚合物是由具有共扼π-键的高分子经化学或电化学“掺杂”由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。自20世纪70年代中期发现导电聚合物以来，在许多科学研究单位内，导电聚合物已成为研究的热门课题。经过不断发展突破，目前最新一代的导电聚合物以D-A聚合物为主。因其性质的多样化，导电聚合物在多重领域都有很好大的应用。良好的导电性和电活性，使导电聚合物成为一类重要的超级电容器电极材料，其电容主要来自于法拉第准电容。电极材料是超级电容器最为关键的部分，也是决定其性能的主要因素，因此开发具有优异性能的电极材料是超级电容器研究中最核心的课题。导电聚合物是一类重要的超级电容器电极材料，在充放电过程中发生氧化和还原反应，在聚合物膜上快速产生N型或P型掺杂，从而使聚合物存储了很高密度的电荷，产生了很大的法拉第赝电容。Ⅲ型聚合物超级电容器(2个电极的电极材料由既可以N型掺杂又可以P型掺杂的双极性导电聚合物构成)在充放电时能充分利用溶液中的阴阳离子，具有类似于蓄电池的放电特征，因此被认为是最有发展前景的超级电容器。对于多数导电聚合物来说，其N型的掺杂往往不稳定。此外，目前大多数D-A聚合物均溶解度不佳，难以应用于柔性、大面积超级电容器器件制备及批量生产。

发明内容

针对上述现存的问题及市场的巨大需求，本发明提供一种多功能双极性导电聚合物，结合双极性与溶解性的D-A聚合物突破Ⅲ型聚合物超级电容器的瓶颈。

本发明解决上述技术问题的方案为，提供一种多功能双极性导电聚合物，其特征在于，其分子结构式通式如下所示：

其中，x＝1，y＝0或者x＝0，y＝1；

D1为及其衍生物中的一种；

A为及其衍生物中的一种；

D2为及其衍生物中的一种，R为-H或-C_nH_2n+1或-OC_nH_2n+1，1n≤50。

在本发明提供的多功能双极性导电聚合物中，所述D2中，-C_nH_2n+1或-OC_nH_2n+1为直链或叉链。

本发明还提供该多功能双极性导电聚合物的制备方法，统一表示如图2所示。将D1-A单元与加侧链的D2单元在催化剂的作用下进行直接芳基化聚合，得到所述双极性导电聚合物；

具体地，本制备方法通过对不可溶D-A-D(给体-受体-给体)聚合物一侧的D(给体)进行溶解性改善，由D-A(给体-受体)单元与加侧链的D(给体)单元在催化剂的作用下进行直接芳基化聚合(DHAP)得到双极性导电聚合物。通过给一侧给体单元加不同长度、形状的侧链修饰调节聚合物的溶解性。

本发明还在于保护所述多功能双极性导电聚合物材料在用于制备包括但不限于超级电容器以及电致变色装置的各种装置中的应用；

进一步，本发明还在于保护含有所述多功能双极性导电聚合物材料的器件；