[发明专利]一种基于9-苯基-咔唑的噻吩类导电聚合物双功能电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种以9‑苯基‑咔唑为中心核、3,4‑乙烯二氧噻吩为外围聚合基团的导电聚合物，其结构如式(I)所示，并提供了其制备方法。所述导电聚合物可用于电致变色超级电容器领域。本发明制备的聚合物薄膜表面具有疏松的结构，有利于离子的嵌入与脱出，从而有效改善了聚合物薄膜的电荷储存能力，表现出良好的充放电性能，同时表现出良好的电致变色性质，因此材料实现在储能的同时伴随着薄膜颜色的变化，是极具应用前景的可同时具有电致变色和储能功能的双功能导电聚合物材料。

技术领域

本发明涉及一种以9-苯基-咔唑为中心核、3,4-乙烯二氧噻吩为外围基团的聚噻吩类导电聚合物及其制备方法，以及其在电致变色超级电容器中的应用。

背景技术

超级电容器作为目前重要的储能元件之一，因其具有比容量大、功率密度高、寿命长等优势，在储能领域具有非常重要的研究价值。超级电容器主要分为两类，分别是双电层型电容器和雁电容型超级电容器。超级电容器作为新型的储能元件之一，受到人们的广泛关注。导电聚合物材料已经成为超级电容器应用的主要电极材料之一，导电聚合物在氧化还原时具有较高的比容量、高的电导率、且用量少、成本低廉，在众多电极材料中脱颖而出。咔唑氧化还原电位高，因此具有较高的电位窗口，噻吩易于聚合，且聚噻吩具有良好的环境稳定性和热稳定性，基于咔唑和噻吩单元开发高性能的电极材料具有十分重要的研究价值。

电致变色是指在外加电压作用下发生可逆的氧化还原反应导致其光学性能发生变化，宏观上表现为颜色的可逆变化。超级电容器充放电过程的实质也是电极材料在电解质溶液中发生可逆氧化还原反应，因此，鉴于电致变色和超级电容器在发生作用时相似的氧化还原机理，可以将电致变色和超级电容器两者结合起来，在充放电过程中通过薄膜直观的颜色的变化来指示超级电容器的能量储存状态，防止出现超级电容器充电时电压过高或放电时能量不足的问题。

开发高性能电致变色超级电容器材料是实现电致变色超级电容器应用的关键之一，EDOT和咔唑常被应用于制备电致变色和超级电容器材料，以EDOT作为外围可聚合的单元，以9-苯基咔唑作为中心单元，制备了一种双功能电致变色超级电容器材料，这有望成为一种高性能电致变色超级电容器材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种以9-苯基-咔唑为中心核、3,4-乙烯二氧噻吩为外围基团的聚噻吩类导电聚合物及其制备方法，以及其在电致变色超级电容器中的应用。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一个目的在于提供一种以9-苯基-咔唑为中心核、3,4-乙烯二氧噻吩为外围聚合基团的导电聚合物，其结构如式(I)所示：

式(I)中，n代表平均聚合度，n取100～2000。

本发明所述的以9-苯基-咔唑为中心核、3,4-乙烯二氧噻吩为外围聚合基团的导电聚合物，其中心核为9-苯基-咔唑，外围为三个3,4-乙烯二氧噻吩聚合单元，在聚合的过程中会形成的薄膜较为疏松，这有利于提高聚合物薄膜的变色响应速度和电荷储存能力，从而展现出优异的电化学储能性质。

本发明的第二个目的在于提供一种以9-苯基-咔唑为中心核、3,4-乙烯二氧噻吩为外围聚合基团的导电聚合物的制备方法，所述方法包括：将式(II)所示的基于9-苯基-咔唑的噻吩类衍生物单体溶解在二氯甲烷溶剂中，加入四丁基六氟磷酸铵作为支持电解质，经恒电位电化学聚合成膜，所得薄膜经过清洗、干燥，得到式(I)所示以9-苯基-咔唑为中心核、3,4-乙烯二氧噻吩为外围聚合基团的噻吩类导电聚合物薄膜；

所述恒电位电化学聚合的电压为1.2V，聚合电量为0.02C；反应体系中，所述式(II)所示的基于9-苯基-咔唑的噻吩类衍生物单体的浓度为0.5～1mmol/L，所述四丁基六氟磷酸铵浓度为0.05～0.1mol/L。

所述式(II)所示的基于9-苯基-咔唑的噻吩类衍生物单体可按如下方法制备得到：