AM综述：纳米结构多孔导电聚合物：从可控合成到高级应用

兔兔

2021-06-04

导电聚合物（CPs）综合了传统聚合物的固有特性和金属独特的电学特性。由于其高导电性、坚固和灵活的性能、易于制造和成本效益，它们在过去十年中引起了人们极大的兴趣。与块体CPs相比，具有明确纳米或微结构的多孔CPs具有开放的多孔结构、高比表面积、更多暴露的反应位点和显著增强的活性。这些吸引人的特性导致了它们在传感器、能量存储和转换器件、生物医学设备等方面的应用。有鉴于此，综述了多孔CPs的不同合成策略，包括无模板法和基于模板法，并强调了调整多孔CPs的形貌和孔结构以优化其功能性能的重要性。

本文要点：

1）首先概述了使用硬模板和软模板的模板引导的多孔CPs制造。总结了具有精确形貌和孔结构控制的CP及CP基复合材料（如CP/金属、CP/碳材料、CP/生物分子等）的设计合成策略，包括多维构型和不同类型的孔（微孔、介孔、大孔和分级孔）。同时，还讨论了多孔CPs及其复合材料在储能装置（如超级电容器和电池）、传感器（如气体传感器和生物传感器）和生物医学装置中的功能性应用。

2）与非模板法合成的CPs相比，模板辅助法合成的CPs往往表现出有序和可控的孔隙，从而大大增加比表面积，这有利于其在各个领域的实际应用。尽管模板引导法已经成熟，但仍有机会在以下方面进一步开发多孔CP：（i）开发策略以在分子或原子水平上对多孔CP的设计进行微调，以实现实际应用。在分子/原子水平上的设计优化以及对CPs的组成、形貌和孔隙率的精确控制是实现良好的功能性能的关键。

3）（ii）现有的软模板可以选择性地共组装，以协同制备一系列具有新形貌的多孔CPs。此外，由于中孔CPs的生长机制与无机材料（如金属氧化物）的生长机制有很大的不同，蒸发诱导自组装（EISA）等制备中孔CPs的方法尚未被开发。CPs不发生水解和交联，通常需要引发剂进行聚合，很难同时实现蒸发、自组装和聚合。因此，通过EISA精确控制孔结构和取向来合成稳定的多孔CP仍然是一个重大挑战。

4）（iii）开发用于合成具有可控形态和孔隙率（孔径和结构）的多孔CP的大规模工业生产方法仍然是一个巨大的挑战。为了实现合成CPs的大规模生产和实际应用，需要开发简单、低成本、可扩展的方法，以在很大程度上控制合成CPs的结构参数。

Hao Luo et al. Nanoarchitectured Porous Conducting Polymers: From Controlled Synthesis to Advanced Applications. Adv. Mater. 2021, 2007318.

DOI: 10.1002/adma.202007318.

DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202007318.