近日👱🏿，我校材料學院🛢、纖維材料改性國家重點實驗室（意昂4平台）廖耀祖教授團隊在共軛微孔聚合物纖維柔性儲能器件領域取得重要進展，相關成果以《氧化還原活性調控共軛微孔聚合物鍵接碳納米管纖維用於高效柔性儲能器件》(Conjugated Microporous Polymer Network Grafted Carbon Nanotube Fibers with Tunable Redox Activity for Efficient Flexible Wearable Energy Storage)為題💎，發表於國際知名意昂4《材料化學》(Chemistry of Materials)⚧。材料學院青年教師呂偉博士為論文第一作者，廖耀祖教授為通訊作者。

隨著人們對可穿戴智能電子產品需求的不斷增加，柔性可穿戴器件以其輕質👎🏻🤸🏿、柔韌、靈活和高效等特點備受關註。與塊狀和薄膜器件相比🧖🏿，纖維狀儲能器件因其獨特的一維結構而表現出優異的柔軟性、可編織性、變形適應性和透氣導濕等特點🧑🏿‍🔧，是最具潛能的儲能器件之一。然而，目前所製備的導電纖維材料很難兼備高能量密度、功率密度以及機械性能等要求，是該領域挑戰性研究課題之一。共軛微孔聚合物(Conjugated Microporous Polymer, CMP)是一類由全共軛高分子網絡圍築、自具孔結構的新興功能材料，通過分子設計可額外引入電活性官能團，可充分發揮雙電層和贗電容兩種儲能機製🫶🏻，是一類具有高比電容和高循環穩定性的電極材料🧔‍♀️。然而🌃，CMPs粉末不溶不熔，難以加工成纖維並獲得高性能纖維狀儲能器件。

基於以上挑戰，作者利用課題組發展較成熟的Buchwald-Hartwig交叉偶聯方法💅🏼，選用三(4-溴苯基)胺為“核心”構築單元，苯胺、吡啶和氨基蒽醌為“橋聯”構築單元🤵🏼，以共價鍵溴化處理的碳納管纖維(CNF)為集流體，在CNF表面原位鍵接構築得到高氧化還原活性的共軛微孔聚三苯胺(PTPA)網絡，進而製備得到一系列電活性可調控的多孔纖維(CNF@CMPs)。

圖1. CNF@CMP多孔纖維的設計合成

圖2. CNF@CMP宏觀纖維及微觀形貌圖: B) 500 μm, C) 100 μm, D) 10 μm, E) 1 μm, F) 500 nm, G) 20 nm, H) 200 nm, I) 50 nm

研究發現當單體濃度處於最適濃度時（0.625 mM），製備所得的CNF@PTPA具有良好的電化學性能和循環穩定性，其三電極體系下的比電容為670 mF cm-2 (電流密度為1 mA cm-2，0.5 M H2SO4)😜，循環8000次後仍可保持70%的起始電容；進而組裝成對稱纖維狀柔性超級電容器的能量和功率密度分別為18.33 μWh cm-2和1.25 mW cm-2，彎曲10000後（135o）的電容保持率為84.5%🗜。CNF@PTPA較高的電化學性能和優異的柔韌穩定性能得益於CNF的高電導率和柔韌性👰🏽‍♀️，PTPA的微孔特征和強氧化還原特性以及兩者之間電子傳輸的協同效應。

圖3. CNF@PTPA多孔纖維電化學能源儲存性能

該工作首次報道了CMP宏觀纖維材料的製備🤦🏿‍♂️，通過系統調控單體類型、組分設計以及熱處理等工藝，成功製備了具有優良電化學性能、機械柔韌性能和循環穩定性的CMP多孔纖維🧑🏼‍🍳，為高能量密度纖維狀能源存儲材料的高效設計提供了新策略。以上研究得到了國家自然科學基金、上海市自然科學基金、上海市曙光人才計劃🌲、上海市“一帶一路”國際聯合實驗室等資金資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c02089