項(xiàng)目名稱： 導(dǎo)電聚合物電化學(xué)和共軛聚合物光伏材料的研究

推薦單位： 中國科學(xué)院

項(xiàng)目簡介： 該項(xiàng)目屬于高分子化學(xué)與物理、電化學(xué)和光電子材料與器件的前沿交叉研究領(lǐng)域。導(dǎo)電聚合物和共軛聚合物光電子材料因其新穎的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及在修飾電極、生物傳感器、太陽能電池、場效應(yīng)晶體管、發(fā)光和顯示等領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景，近年來成為新材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

該項(xiàng)目對導(dǎo)電聚合物和共軛聚合物光電子材料的制備、性質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，取得了一系列重要研究成果，包括：1）提出了通過共軛支鏈取代制備寬吸收共軛聚合物光伏材料的思想，合成了一系列高效寬吸收聚噻吩衍生物，為寬吸收聚合物光伏材料的設(shè)計(jì)和合成開辟了途徑。2）創(chuàng)建了通過電化學(xué)摻雜制備導(dǎo)電聚合物酶電極的方法,并用這種方法制備了葡萄糖氧化酶等8種生物酶電極，該方法制備的酶電極具有酶含量可控、穩(wěn)定性好和檢測靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。3）對吡咯電化學(xué)聚合，闡明了電解液溶劑對制備的聚吡咯（PPy）膜電導(dǎo)的影響規(guī)律，提出了陰離子參與的陽離子自由基聚合機(jī)理，推導(dǎo)出反應(yīng)的動力學(xué)方程。這些規(guī)律和機(jī)理對于高性能導(dǎo)電聚合物的電化學(xué)制備具有指導(dǎo)意義。4）通過原位光譜闡明了PPy過氧化降解反應(yīng)的機(jī)理，這對于PPy的電化學(xué)應(yīng)用非常重要。5）通過離子液體摻雜制備出室溫準(zhǔn)冷凍p-i-n結(jié)聚合物發(fā)光電化學(xué)池（LEC），克服了LEC發(fā)光響應(yīng)速度慢的問題，并保留了LEC啟亮電壓低的優(yōu)點(diǎn)，具有重要應(yīng)用前景。

這些成果系統(tǒng)地發(fā)展了導(dǎo)電聚合物電化學(xué)的有關(guān)理論、拓展了導(dǎo)電聚合物在生物傳感器和聚合物電致發(fā)光器件中的應(yīng)用、開發(fā)了高效共軛聚合物光伏材料。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊共發(fā)表相關(guān)研究論文245篇（其中SCI收錄205篇），應(yīng)邀撰寫綜述和專題文章15篇。在學(xué)術(shù)會議上作大會報告和邀請報告18篇，授權(quán)中國發(fā)明專利4項(xiàng)。發(fā)表論文SCI他人引用2209次（其中10篇代表性論文SCI他引335次），在學(xué)術(shù)專著中被他人引用20多次，研究成果在國內(nèi)外同行中產(chǎn)生了重要影響。部分成果("導(dǎo)電聚合物電化學(xué)和聚合物發(fā)光電化學(xué)池的研究")曾獲2005年度北京市科學(xué)技術(shù)獎一等獎。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)： 1、核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn)

（1）提出了通過共軛支鏈取代制備寬吸收共軛聚合物光伏材料的思想。通過增加共軛支鏈長度并控制帶共軛支鏈單元的比例、合成了在可見區(qū)具有強(qiáng)和寬吸收以及具有高的空穴遷移率的共軛聚合物光伏材料，為寬吸收聚合物光伏材料的設(shè)計(jì)和合成開辟了新的途徑�；�于一種帶二(噻吩乙烯)共軛支鏈的聚噻吩的光伏電池能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到3.18％，比基于傳統(tǒng)聚合物光伏材料聚（己基噻吩）器件同樣條件下的能量轉(zhuǎn)換效率提高了38％。(高分子物理化學(xué)，代表性論文1)

（2）創(chuàng)建了通過電化學(xué)摻雜制備導(dǎo)電聚合物酶電極的方法。根據(jù)導(dǎo)電聚合物的電化學(xué)氧化摻雜特性及酶在高于等電點(diǎn)pH 值溶液中帶負(fù)電荷的特點(diǎn)，將脫摻雜的導(dǎo)電聚合物膜電極在pH值高于酶等電點(diǎn)的含有酶分子的電解液中氧化、使帶負(fù)電荷的酶分子以對陰離子的形式摻雜到導(dǎo)電聚合物膜中，形成導(dǎo)電聚合物酶電極。該方法制備的酶電極具有酶含量可控、穩(wěn)定性好和檢測靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。（電化學(xué)，代表性論文2，7，9）

（3）率先制備出高性能的室溫準(zhǔn)冷凍p-i-n結(jié)聚合物發(fā)光電化學(xué)池（LEC）。使用熔點(diǎn)為攝氏80度左右的咪唑鹽類離子液體作為LEC電致發(fā)光活性層的離子載體，在90度下施加電壓形成p-i-n結(jié)，然后降到室溫使p-i-n結(jié)"凍結(jié)"，從而得到室溫準(zhǔn)冷凍p-i-n結(jié)LEC器件。這種器件克服了LEC電致發(fā)光響應(yīng)速度慢的問題，并保留了LEC啟亮電壓低的優(yōu)點(diǎn)，具有重要應(yīng)用前景。（高分子物理化學(xué)，代表性論文3）

（4）發(fā)現(xiàn)了吡咯電化學(xué)聚合過程中電解液溶劑對制備的聚吡咯（PPy）膜電導(dǎo)的影響規(guī)律。將制備的導(dǎo)電聚吡咯薄膜的電導(dǎo)率與溶劑給電子性（DN值）進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)溶劑DN值越低，得到的導(dǎo)電聚吡咯膜電導(dǎo)越高。這一發(fā)現(xiàn)對于高電導(dǎo)聚吡咯薄膜的電化學(xué)制備具有指導(dǎo)意義。（高分子物理化學(xué)，代表性論文4）

（5）闡明了PPy電化學(xué)過氧化降解反應(yīng)的機(jī)理。發(fā)現(xiàn)PPy在水溶液中的電化學(xué)過氧化降解反應(yīng)的電位隨電解液pH值的增加而降低，堿性水溶液中更容易發(fā)生過氧化。結(jié)合原位吸收光譜電化學(xué)測量闡明了此過氧化降解的機(jī)理，認(rèn)為是水溶液電解產(chǎn)生的原子氧導(dǎo)致了聚吡咯的過氧化降解。了解導(dǎo)電聚吡咯的電化學(xué)穩(wěn)定性對其電化學(xué)應(yīng)用非常重要。（電化學(xué)，代表性論文6）。

2、其他重要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)

（6）建立了以酶分子為模板的導(dǎo)電聚合物酶電極制備方法。以酶分子本身為模板，合成出具有特定空間構(gòu)型的導(dǎo)電聚合物。再利用上述發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2的通過電化學(xué)摻雜制備導(dǎo)電聚合物酶電極的方法，將活性酶分子重新固定到該導(dǎo)電聚合物膜中。（電化學(xué)，代表性論文8）。

主要完成人： 李永舫

作為課題負(fù)責(zé)人提出了該項(xiàng)目的主要學(xué)術(shù)思想和研究思路。主要貢獻(xiàn)和研究成果包括提出了通過共軛支鏈取代制備寬吸收共軛聚合物光伏材料的思想；發(fā)現(xiàn)了吡咯電化學(xué)聚合過程中電解液溶劑對制備的聚吡咯（PPy）膜電導(dǎo)的影響規(guī)律；闡明了PPy膜電化學(xué)過氧化降解的機(jī)理；提出使用離子液體制備室溫準(zhǔn)冷凍p-i-n結(jié)聚合物發(fā)光電化學(xué)池。(《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》1,3,4,5，在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量90％，是代表性論文1、3－6、10的通訊作者。)

穆紹林

創(chuàng)建了通過電化學(xué)摻雜把生物酶固定到導(dǎo)電聚合物電極上制備導(dǎo)電聚合物酶電極的方法，制備了多種導(dǎo)電聚合物酶電極。(《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》2, 在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量90％，是代表性論文2、7、9的通訊作者。)

楊春和

制備出高性能的室溫準(zhǔn)冷凍p-i-n結(jié)聚合物發(fā)光電化學(xué)池（LEC）。使用熔點(diǎn)為攝氏80度左右的咪唑鹽類離子液體作為LEC電致發(fā)光活性層的離子載體，在90度下施加電壓形成p-i-n結(jié)，然后降到室溫使p-i-n結(jié)"凍結(jié)"，從而得到室溫準(zhǔn)冷凍p-i-n結(jié)LEC器件。(《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》3, 在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量90％，是代表性論文3的第一作者。)

闞錦晴

建立了以酶分子為模板的導(dǎo)電聚合物酶電極制備方法。以酶分子本身為模板，合成出具有特定空間構(gòu)型的導(dǎo)電聚合物。再利用電化學(xué)摻雜制備導(dǎo)電聚合物酶電極的方法，將活性酶分子重新固定到該導(dǎo)電聚合物膜中。(《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》6, 在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量90％，是代表性論文8的第一作者和通訊作者。)

侯劍輝

合成了一系列在可見區(qū)具有強(qiáng)和寬吸收的、帶苯乙烯或噻吩乙烯共軛支鏈的聚噻吩和聚噻吩乙烯，得到了高效聚噻吩衍生物光伏材料。.(《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》1, 在該項(xiàng)研究中的工作量占本人工作量90％，是代表性論文1的第一作者。)