新型含金属聚合物的可控合成及其在生物酶燃料电池中的应用

为克服生物酶燃料电池输出功率低和寿命短的缺陷，本项目设计了结构新颖的含锇聚合物作为生物酶燃料电池的传递介质。首先合成聚(1-乙烯基咪唑-co-丙烯酰胺)接枝的聚(氧化乙烯)、4臂星形聚(丙烯酸)和己酸接枝的聚(4-乙烯吡啶)，然后通过咪唑和锇离子络合、聚合物链中羧基和锇配合物中胺基或羟基之间的缩合反应在聚合物中引入具有特定氧化还原电势的锇配离子，如(2,2'；6',2"-三吡啶)?(N,N'-二甲基-1,1'-联咪唑)?(1-(烷基)咪唑)合锇配离子。所合成聚合物中锇金属中心位于聚合物支链，锇配离子运动能力强，有利于提高聚合物的电子迁移率和生物酶燃料电池的输出功率。此外通过设计聚合物链结构调控锇配离子的分布，优化聚合物的电子迁移率与生物酶燃料电池的输出功率和寿命，为生物酶燃料电池的研究和开发提供新方法。

金属聚合物整合了金属离子和聚合物的诸多优点，是一种极具潜力的多功能材料。金属聚合物可自组装形成多种具有功能型金属配合物微区的纳米复合材料，可广泛应用于催化、光电器件、传感器、生物酶燃料电池等领域。本项目设计合成了两类新颖的金属聚合物：即铁配合物修饰的聚多肽和铁配合物封端的聚乙烯。所合成金属聚合物表现出奇特的自组装行为：在聚多肽侧链引入铁配合物可诱导聚多肽的二级堆叠结构“解组装”，生成尺寸小于20 nm的金属聚合物纳米复合材料，这是传统聚合物材料无法比拟的，在此基础上提出金属配位诱导聚多肽解组装的新方法，这为制备小尺寸纳米复合材料提供了新途径；另一方面，铁配合物封端的聚乙烯在二甲苯中结晶，由于铁配合物和聚乙烯链段的交互作用形成花状结构，首次阐述了聚合物结晶辅助制备聚合物/无机纳米花状结构的新概念。上述所合成含铁聚合物纳米材料具有如下特征：具有导电和氧化还原特性的铁配合物由于相分离聚集在纳米材料表面形成铁配合物层，赋予纳米复合材料优良导电和氧化还原特性，可用于电极材料、传感器、生物酶燃料电池等领域。研究成果在Chem–Eur. J., Polym. Chem., Dalton Trans.等国际重要期刊发表SCI论文7篇，撰写英文专著章节2章，中国发明专利授权1项，达到项目预期目标。