项目名称： 导电聚合物电化学和共轭聚合物光伏材料的研究

推荐单位： 中国科学院

项目简介： 该项目属于高分子化学与物理、电化学和光电子材料与器件的前沿交叉研究领域。导电聚合物和共轭聚合物光电子材料因其新颖的结构和性质以及在修饰电极、生物传感器、太阳能电池、场效应晶体管、发光和显示等领域广阔的应用前景，近年来成为新材料领域的研究热点。

该项目对导电聚合物和共轭聚合物光电子材料的制备、性质及应用进行了深入系统的研究，取得了一系列重要研究成果，包括：1）提出了通过共轭支链取代制备宽吸收共轭聚合物光伏材料的思想，合成了一系列高效宽吸收聚噻吩衍生物，为宽吸收聚合物光伏材料的设计和合成开辟了途径。2）创建了通过电化学掺杂制备导电聚合物酶电极的方法,并用这种方法制备了葡萄糖氧化酶等8种生物酶电极，该方法制备的酶电极具有酶含量可控、稳定性好和检测灵敏度高等优点。3）对吡咯电化学聚合，阐明了电解液溶剂对制备的聚吡咯（PPy）膜电导的影响规律，提出了阴离子参与的阳离子自由基聚合机理，推导出反应的动力学方程。这些规律和机理对于高性能导电聚合物的电化学制备具有指导意义。4）通过原位光谱阐明了PPy过氧化降解反应的机理，这对于PPy的电化学应用非常重要。5）通过离子液体掺杂制备出室温准冷冻p-i-n结聚合物发光电化学池（LEC），克服了LEC发光响应速度慢的问题，并保留了LEC启亮电压低的优点，具有重要应用前景。

这些成果系统地发展了导电聚合物电化学的有关理论、拓展了导电聚合物在生物传感器和聚合物电致发光器件中的应用、开发了高效共轭聚合物光伏材料。在国内外学术期刊共发表相关研究论文245篇（其中SCI收录205篇），应邀撰写综述和专题文章15篇。在学术会议上作大会报告和邀请报告18篇，授权中国发明专利4项。发表论文SCI他人引用2209次（其中10篇代表性论文SCI他引335次），在学术专著中被他人引用20多次，研究成果在国内外同行中产生了重要影响。部分成果("导电聚合物电化学和聚合物发光电化学池的研究")曾获2005年度北京市科学技术奖一等奖。

主要发现点： 1、核心发现点

（1）提出了通过共轭支链取代制备宽吸收共轭聚合物光伏材料的思想。通过增加共轭支链长度并控制带共轭支链单元的比例、合成了在可见区具有强和宽吸收以及具有高的空穴迁移率的共轭聚合物光伏材料，为宽吸收聚合物光伏材料的设计和合成开辟了新的途径。基于一种带二(噻吩乙烯)共轭支链的聚噻吩的光伏电池能量转换效率达到3.18％，比基于传统聚合物光伏材料聚（己基噻吩）器件同样条件下的能量转换效率提高了38％。(高分子物理化学，代表性论文1)

（2）创建了通过电化学掺杂制备导电聚合物酶电极的方法。根据导电聚合物的电化学氧化掺杂特性及酶在高于等电点pH 值溶液中带负电荷的特点，将脱掺杂的导电聚合物膜电极在pH值高于酶等电点的含有酶分子的电解液中氧化、使带负电荷的酶分子以对阴离子的形式掺杂到导电聚合物膜中，形成导电聚合物酶电极。该方法制备的酶电极具有酶含量可控、稳定性好和检测灵敏度高等优点。（电化学，代表性论文2，7，9）

（3）率先制备出高性能的室温准冷冻p-i-n结聚合物发光电化学池（LEC）。使用熔点为摄氏80度左右的咪唑盐类离子液体作为LEC电致发光活性层的离子载体，在90度下施加电压形成p-i-n结，然后降到室温使p-i-n结"冻结"，从而得到室温准冷冻p-i-n结LEC器件。这种器件克服了LEC电致发光响应速度慢的问题，并保留了LEC启亮电压低的优点，具有重要应用前景。（高分子物理化学，代表性论文3）

（4）发现了吡咯电化学聚合过程中电解液溶剂对制备的聚吡咯（PPy）膜电导的影响规律。将制备的导电聚吡咯薄膜的电导率与溶剂给电子性（DN值）进行了关联，发现溶剂DN值越低，得到的导电聚吡咯膜电导越高。这一发现对于高电导聚吡咯薄膜的电化学制备具有指导意义。（高分子物理化学，代表性论文4）

（5）阐明了PPy电化学过氧化降解反应的机理。发现PPy在水溶液中的电化学过氧化降解反应的电位随电解液pH值的增加而降低，碱性水溶液中更容易发生过氧化。结合原位吸收光谱电化学测量阐明了此过氧化降解的机理，认为是水溶液电解产生的原子氧导致了聚吡咯的过氧化降解。了解导电聚吡咯的电化学稳定性对其电化学应用非常重要。（电化学，代表性论文6）。

2、其他重要发现点

（6）建立了以酶分子为模板的导电聚合物酶电极制备方法。以酶分子本身为模板，合成出具有特定空间构型的导电聚合物。再利用上述发现点2的通过电化学掺杂制备导电聚合物酶电极的方法，将活性酶分子重新固定到该导电聚合物膜中。（电化学，代表性论文8）。

主要完成人： 李永舫

作为课题负责人提出了该项目的主要学术思想和研究思路。主要贡献和研究成果包括提出了通过共轭支链取代制备宽吸收共轭聚合物光伏材料的思想；发现了吡咯电化学聚合过程中电解液溶剂对制备的聚吡咯（PPy）膜电导的影响规律；阐明了PPy膜电化学过氧化降解的机理；提出使用离子液体制备室温准冷冻p-i-n结聚合物发光电化学池。(《主要发现点》1,3,4,5，在该项研究中的工作量占本人工作量90％，是代表性论文1、3－6、10的通讯作者。)

穆绍林

创建了通过电化学掺杂把生物酶固定到导电聚合物电极上制备导电聚合物酶电极的方法，制备了多种导电聚合物酶电极。(《主要发现点》2, 在该项研究中的工作量占本人工作量90％，是代表性论文2、7、9的通讯作者。)

杨春和

制备出高性能的室温准冷冻p-i-n结聚合物发光电化学池（LEC）。使用熔点为摄氏80度左右的咪唑盐类离子液体作为LEC电致发光活性层的离子载体，在90度下施加电压形成p-i-n结，然后降到室温使p-i-n结"冻结"，从而得到室温准冷冻p-i-n结LEC器件。(《主要发现点》3, 在该项研究中的工作量占本人工作量90％，是代表性论文3的第一作者。)

阚锦晴

建立了以酶分子为模板的导电聚合物酶电极制备方法。以酶分子本身为模板，合成出具有特定空间构型的导电聚合物。再利用电化学掺杂制备导电聚合物酶电极的方法，将活性酶分子重新固定到该导电聚合物膜中。(《主要发现点》6, 在该项研究中的工作量占本人工作量90％，是代表性论文8的第一作者和通讯作者。)

侯剑辉

合成了一系列在可见区具有强和宽吸收的、带苯乙烯或噻吩乙烯共轭支链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。.(《主要发现点》1, 在该项研究中的工作量占本人工作量90％，是代表性论文1的第一作者。)