分子导线桥连的石墨烯/导电聚合物纳米阵列的可控生长及电化学性能

面向超级电容器电极材料，本项目从低成本、高性能、环保三方面考虑，对新型石墨烯/导电聚合物（OCP）复合材料的结构设计、电化学储电性能的提升，以及构效关系进行系统研究。通过控制石墨烯的氧化还原程度、功能化来调控其表面基团和亲疏水性，利用单体本身的结构特点稳定单片层石墨烯；有效控制并实现桥连在石墨烯片间的OCP"分子导线"和锚定在石墨烯平面上的OCP纳米阵列的原位定向生长；提高了材料导电性和活性物质利用率，还能有效阻挡石墨烯因π-π堆积的石墨化，而石墨烯优异的力学性能可以克服OCP循环不稳定的不足，复合产生的协同效应使得电化学性能得到增强。探索复合方式对材料结构和性能的影响，研究反应介质和石墨烯表面基团对分子导线和纳米阵列的形成、组份空间取向的影响；通过理论计算、分子模拟与实验相结合研究方法，探索相关机理或物理机制，建立构效关系，揭示组份间协同效应，为该类材料的研究提供理论指导和实验技术保障。

功能性石墨烯-导电聚合物纳米复合材料在电化学储能、电催化领域有着重要的应用前景，其简单绿色的可控合成技术和结构调控的研究是国内外关注的热点之一。本课题从低成本、高性能、环保三方面考虑，对新型石墨烯-导电聚合物复合材料的结构设计、电化学储电性能的提升、构效关系进行系统研究。通过控制碳片的氧化-还原程度、表面功能化，调控其表面亲疏水性和官能团，获得能够稳定存在的功能化石墨烯,包括不同氧化还原程度的氧化石墨烯、掺杂石墨烯和石墨烯量子点。采用简单易行的原位聚合-生长-还原的绿色合成技术，制备空间取向可控、用分子导线桥连的石墨烯/导电高分子（聚苯胺、聚吡咯、聚3-甲基噻吩、聚3,4-亚乙二氧基噻吩）纳米阵列新型多元复合材料。深入研究制备方法和条件、复合方式对纳米复合材料的形貌、结构、组分之间的结合方式和电化学性能的影响，提出了“混合溶剂中导电高分子在石墨烯平面上取向生长”的模型，揭示了结构和性能的影响规律。结合理论计算，阐明研究中的某些机理和导电聚合物-石墨烯复合材料中各组分的作用机制，揭示了组份间协同效应，发展了具有发达导电网络的石墨烯-导电聚合物基二元和三元复合材料的绿色制备新技术。该课题为该类复合材料在电化学电容器和电化学传感器中的具体应用提供了理论和技术指导。结合课题工作，在国内外学术期刊和会议上发表论文42篇（27篇期刊论文），申请及授权专利13件。