在過去的幾十年中，導電聚苯胺(PANI)在儲能領域得到了廣泛的應用。盡管已經取得了重大進展，但仍然需要有效和簡單的方法在分子水平上調節聚苯胺的結構和電化學性能，這與傳統的方法有所不同。在這里，報道了一種新的分子工程方法，即通過反應性逐層(LbL)沉積工藝，利用超薄聚多巴胺和連續單層石墨烯分子工程PANI。基于反應性LbL沉積和光刻構圖，構建了微超級電容器（MSCs）。研究發現，在聚苯胺層之間引入超薄聚多巴胺會導致聚苯胺的分子結構、分子間間距和形態發生顯著變化。這些變化導致混合MSCs的電容、穩定性和柔性大幅提高。此外，使用連續單層石墨烯作為原子級薄基底用于苯胺原位聚合，使得超薄聚苯胺薄膜具有減少的電荷轉移電阻，以及改善的電化學性能和穩定性。這項工作為導電聚合物的結構和性能控制，以及柔性儲能器件的制造提供了有價值的視野。
Figure 1. (a ) PANI –PDA雜化薄膜的反應性LbL沉積示意圖。（b）以PANI –PDA作為電極材料組裝交指型MSCs示意圖。(c，d) MSCs在柔性聚酰亞胺和硅晶片基底上的光學照片。
Figure 2. (a，b)低溫下苯胺在目標基底上原位聚合制備的聚苯胺(a)和G-聚苯胺(b)的SEM圖像。(c，d) 聚苯胺(c)和G-聚苯胺的AFM圖。(e，f) 2D AFM圖的3D展示。
Figure 3．(a) GIWAXS 實驗的示意圖。(b−d) 不同樣品的二維 GIWXAS 散射模式。(e) 不同樣品的一維 GIWAXS 圖。(f)方位角掃描圖。(g) PANI 中偽正交晶胞的模型（左）和 PANI薄片端面取向示意圖（右）。(h) PANI薄膜的TEM 明場圖像和SAED 圖。
Figure 4．基于不同電極的全固態MSCs的電化學性能分析。(a)一定掃描速率下獲得的CV曲線；(b)在1 mA/cm2電流密度獲得的GCD曲線。（c）不同電流密度下的面積電容和重量電容。(d) EIS曲線，插圖顯示高頻范圍的曲線。(e)循環穩定性評估，插圖是第一圈和最后十二圈期間的GCD曲線。（f）能量密度和功率密度曲線。
該研究工作由美國阿克倫大學Weinan Xu課題組于2021年發表在ACS Appl. Energy Mater.期刊上。原文：Molecular Engineering of Polyaniline with Ultrathin Polydopamine and Monolayer Graphene for All-Solid-State Flexible Microsupercapacitors。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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