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項目名稱： 導電聚合物電化學和共軛聚合物光伏材料的研究
推薦單位： 中國科學院
項目簡介： 該項目屬于高分子化學與物理、電化學和光電子材料與器件的前沿交叉研究領域。導電聚合物和共軛聚合物光電子材料因其新穎的結構和性質以及在修飾電極、生物傳感器、太陽能電池、場效應晶體管、發(fā)光和顯示等領域廣闊的應用前景，近年來成為新材料領域的研究熱點。
該項目對導電聚合物和共軛聚合物光電子材料的制備、性質及應用進行了深入系統(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計和合成開辟了途徑。2）創(chuàng)建了通過電化學摻雜制備導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。3）對吡咯電化學聚合，闡明了電解液溶劑對制備的聚吡咯（PPy）膜電導的影響規(guī)律，提出了陰離子參與的陽離子自由基聚合機理，推導出反應的動力學方程。這些規(guī)律和機理對于高性能導電聚合物的電化學制備具有指導意義。4）通過原位光譜闡明了PPy過氧化降解反應的機理，這對于PPy的電化學應用非常重要。5）通過離子液體摻雜制備出室溫準冷凍p-i-n結聚合物發(fā)光電化學池（LEC），克服了LEC發(fā)光響應速度慢的問題，并保留了LEC啟亮電壓低的優(yōu)點，具有重要應用前景。
這些成果系統(tǒng)地發(fā)展了導電聚合物電化學的有關理論、拓展了導電聚合物在生物傳感器和聚合物電致發(fā)光器件中的應用、開發(fā)了高效共軛聚合物光伏材料。在國內外學術期刊共發(fā)表相關研究論文245篇（其中SCI收錄205篇），應邀撰寫綜述和專題文章15篇。在學術會議上作大會報告和邀請報告18篇，授權中國發(fā)明專利4項。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），在學術專著中被他人引用20多次，研究成果在國內外同行中產(chǎn)生了重要影響。部分成果("導電聚合物電化學和聚合物發(fā)光電化學池的研究")曾獲2005年度北京市科學技術獎一等獎。
主要發(fā)現(xiàn)點： 1、核心發(fā)現(xiàn)點
（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計和合成開辟了新的途徑�；谝环N帶二(噻吩乙烯)共軛支鏈的聚噻吩的光伏電池能量轉換效率達到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換效率提高了38％。(高分子物理化學，代表性論文1)
（2）創(chuàng)建了通過電化學摻雜制備導電聚合物酶電極的方法。根據(jù)導電聚合物的電化學氧化摻雜特性及酶在高于等電點pH 值溶液中帶負電荷的特點，將脫摻雜的導電聚合物膜電極在pH值高于酶等電點的含有酶分子的電解液中氧化、使帶負電荷的酶分子以對陰離子的形式摻雜到導電聚合物膜中，形成導電聚合物酶電極。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。（電化學，代表性論文2，7，9）
（3）率先制備出高性能的室溫準冷凍p-i-n結聚合物發(fā)光電化學池（LEC）。使用熔點為攝氏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，然后降到室溫使p-i-n結"凍結"，從而得到室溫準冷凍p-i-n結LEC器件。這種器件克服了LEC電致發(fā)光響應速度慢的問題，并保留了LEC啟亮電壓低的優(yōu)點，具有重要應用前景。（高分子物理化學，代表性論文3）
（4）發(fā)現(xiàn)了吡咯電化學聚合過程中電解液溶劑對制備的聚吡咯（PPy）膜電導的影響規(guī)律。將制備的導電聚吡咯薄膜的電導率與溶劑給電子性（DN值）進行了關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)溶劑DN值越低，得到的導電聚吡咯膜電導越高。這一發(fā)現(xiàn)對于高電導聚吡咯薄膜的電化學制備具有指導意義。（高分子物理化學，代表性論文4）
（5）闡明了PPy電化學過氧化降解反應的機理。發(fā)現(xiàn)PPy在水溶液中的電化學過氧化降解反應的電位隨電解液pH值的增加而降低，堿性水溶液中更容易發(fā)生過氧化。結合原位吸收光譜電化學測量闡明了此過氧化降解的機理，認為是水溶液電解產(chǎn)生的原子氧導致了聚吡咯的過氧化降解。了解導電聚吡咯的電化學穩(wěn)定性對其電化學應用非常重要。（電化學，代表性論文6）。
2、其他重要發(fā)現(xiàn)點
（6）建立了以酶分子為模板的導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型的導電聚合物。再利用上述發(fā)現(xiàn)點2的通過電化學摻雜制備導電聚合物酶電極的方法，將活性酶分子重新固定到該導電聚合物膜中。（電化學，代表性論文8）。
主要完成人： 李永舫
作為課題負責人提出了該項目的主要學術思想和研究思路。主要貢獻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)了吡咯電化學聚合過程中電解液溶劑對制備的聚吡咯（PPy）膜電導的影響規(guī)律；闡明了PPy膜電化學過氧化降解的機理；提出使用離子液體制備室溫準冷凍p-i-n結聚合物發(fā)光電化學池。(《主要發(fā)現(xiàn)點》1,3,4,5，在該項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)建了通過電化學摻雜把生物酶固定到導電聚合物電極上制備導電聚合物酶電極的方法，制備了多種導電聚合物酶電極。(《主要發(fā)現(xiàn)點》2, 在該項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冷凍p-i-n結聚合物發(fā)光電化學池（LEC）。使用熔點為攝氏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，然后降到室溫使p-i-n結"凍結"，從而得到室溫準冷凍p-i-n結LEC器件。(《主要發(fā)現(xiàn)點》3, 在該項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型的導電聚合物。再利用電化學摻雜制備導電聚合物酶電極的方法，將活性酶分子重新固定到該導電聚合物膜中。(《主要發(fā)現(xiàn)點》6, 在該項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》1, 在該項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。)
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