张革副教授、张龙教授，CEJ研究论文：用于高性能柔性电致变色超级电容器的双氧化还原中心聚（噻吩-三苯胺）共轭聚合物

第一作者：程旭，杜春晖

通讯作者：张革*，张龙*

单位：江西科技师范大学，江苏大学

近年来，物联网技术的迅速发展点燃多功能储能系统的研究热潮，以导电聚合物为代表的柔性电致变色超级电容器（EC-SCs）在光信号调制、持续能量存储、以及可穿戴电子设备等先进应用领域具有巨大潜力。但是，越来越多的研究表明，聚合物电极材料的本征特性难以同时兼顾高能量存储和大光学对比度，这导致基于导电聚合物组装的器件受限于性能的整体提升，成为EC-SCs迈向实际应用的巨大阻碍之一。本篇文章从分子结构调控工程的微观层面出发，设计制备了针对上述问题的导电聚合物新材料，研究电极材料微观结构对其性能影响的同时，还组装了高性能的EC-SCs器件。该结构设计策略为未来EC-SCs电极材料的优化设计和实际应用提供了新的思路。

基于此，来自江西科技师范大学的张革副教授与江苏大学的张龙教授合作，在期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Dual redox-centered p(thiophene-TPA) conjugated polymers for high-performance flexible electrochromic supercapacitors”的研究文章。该论文提出“双氧化还原中心”的结构设计策略，用于高性能导电聚合物电极材料的开发及制备，同时，基于该电极材料组装的柔性EC-SCs器件同时具备较大的电容储量（1 A g^-1的电流密度下，质量比电容达到37 F g^-1）和显的颜色变化（550 nm波长下，透过率达到54%）。该研究有助于导电聚合物电极材料的性能突破，加速器件的实际应用进程。

图1. 导电聚合物电极材料的设计策略及EC-SCs器件的实际应用

柔性EC-SCs器件的双功能特性，本质上对导电聚合物（CPs）电极材料结构内部的载流子提出了不同要求。快速的载流子迁移对于确保离子在整个材料中均匀分布至关重要。这会导致更明显的颜色变化。更多的活性位点能够在电子转移反应中容纳更多导电离子，对电容性能的提升产生积极影响。单一活性中心的导电聚合物由于有限的π离域电子和活性位点，难以兼顾变色和储能行为的提升。基于此，设计合成含有三苯胺和噻吩的双氧化还原中心导电聚合物TTPA，通过一步电聚合制备得到PTTPA电极薄膜。

要点二：三电极体系测试PTTPA电极薄膜性能。

PTTPA双活性中心的协同作用增加了离子在充放电过程中的吸脱附位点，使得电容性能有了较大的提升，1 A g^-1的电流密度下，PTTPA电极薄膜的质量比电容达到313 F g^-1，同时，噻吩和三苯胺组成的共轭结构，扩展了PTTPA共轭骨架的电子离域范围，在1000 nm处测试其透过率达到65%。

图2. PTTPA薄膜的性能测试

要点三：基于PTTPA的柔性EC-SCs器件。

以PTTPA为阳极和PEDOT为阴极组装了非对称EC-SCs器件，该器件表现出良好的电致变色（550 nm处透过率达到54%）和电容能力（1 A g^-1下，质量比电容达到37 F g^-1），实现了双功能特性的兼顾提升。

图3. 非对称EC-SCs器件的组装及性能测试

要点四：器件的实际应用及柔性测试

所制备的柔性器件能够为LED小灯泡供能10 s，同时在不同的储能状态下实现不同的颜色反馈。此外，器件还具有良好的抗弯折能力。经过多次的弯折测试，依然有着较好的性能保持率。

图4. 非对称EC-SCs器件的实际应用及柔性测试

Dual redox-centered p(thiophene-TPA) conjugated polymers for high-performance flexible electrochromic supercapacitors

现为江西科技师范大学化学化工学院在读研究生。

张革副教授简介:

主持科研项目情况如下：国家自然科学基金项目2项、江西省级科研项目5项、校级项目4项以及横向项目2项。在人才培养方面，累计联合培养博士生2名，培养研究生14名。其中8名已毕业，毕业生中6人成功考取澳门大学、厦门大学、华南理工大学、大连理工大学等知名高校继续深造，1人考取江西省公务员，4人荣获研究生国家奖学金。

张龙教授简介：

张龙，2018年取得澳大利亚伍伦贡大学化学专业博士学位。曾于澳大利亚新南威尔士大学（The University of New South Wales）化学学院从事博士后研究。2020年10月回国，被聘为金山青年特聘教授，现任江苏大学化学化工学院教授。主要研究方向包括：绿色催化、表界面化学、超灵敏传感器开发、能源储存等。以第一和通讯作者身份已经在J. Am. Chem. Soc., Biosen. Bioelectron., Chem. Commun., Electrochim. Acta, TrAC等国际期刊上发表SCI学术论文30余篇，与他人合作在Nat. Commun., ACS Energy Lett., Anal. Chim. Acta等期刊上发表SCI论文共计30余篇；先后获得过澳大利亚核科技工程组织研究奖、国家优秀留学生奖学金、澳大利亚优秀博士论文、江苏省“双创博士”、江苏省石化新材料专业专家等称号；受邀担任期刊Molecules和cMat青年编委，并担任Chem. Commun., ACS Appl. Mater. Interf., ACS Sustain. & Engineer., Ceramic Inter.，Electrochimica Acta等期刊杂志审稿人；主持的基金项目包括：科技部外专项目、江苏省自然科学基金青年基金、广东省区域联合青年基金、博士后面上、膜生物学国家重点实验室开放基金等，作为核心负责人参与的项目包括：国家自然科学基金面上项目、江苏省产业科技创新领军人才计划、江苏省自然科学基金青年基金等。