导电聚合物电化学性质.pdfVIP

维普资讯 第 43卷 第 4期 复 旦 学 报 (自然科学版) VO1．43NO．4 2004年 8月 JournalofFudanUniversity(NaturalScience) Aug．2004 文章编号 ：0427—7104(2004)04—0468—09 导电聚合物的电化学性质 李永舫 (中国科学院化学研究所 有机固体重点实验室，北京 100080) 摘 要 ：综述 了几种有代表性 的导电聚合物——聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等的电化学特性及其 电化学掺杂 ／脱掺 杂反应的机理，介绍 了聚对苯撑乙烯 (PPV)等光电活性共轭聚合物的循环伏安特性及其 HOMO和 LUMO能级 的电化学表征方法；还对导电聚合物的电化学稳定性 以及取代基对共轭聚合物电子结构 的影响进行了讨论． 关键词：导电聚合物；聚对苯撑乙烯 (PPV)；共轭聚合物电子结构 中图分类号 ：O646 文献标识码 ：A 1977年 白川英树 (H．Shirakawa)、A．G．MacDiarmid和 A．J． 式聚乙炔 (PA) Heeger等发现 ，聚乙炔薄膜经电子受体(I，AsF 等)掺杂后电导率增 加了9个数量级，从 10 S／cm增加到 10S／cmll一．这一发现打破 ! ! 哪， 了有机高分子聚合物都是绝缘体的传统观念，开创了导电聚合物的 研究领域 ．导电聚乙炔发现之后 ，人们又相继发现聚吡咯(PPy)、聚 一 苯胺 (PAn)、聚噻吩(PTh)、聚对苯 (PPP)、聚对苯撑 乙烯 (PPV)等 共轭聚合物 (结构式见图 1)掺杂后都具有导电性 ，从而大大拓宽了 ， 导电聚合物的研究范围．导电聚合物的突出优点是既具有金属和无 机半导体的电学和光学特性 ，又具有有机聚合物柔韧的机械性能和 聚对 可加工性 ，还具有电化学氧化还原活性．这些特点决定了导电聚合 聚芴 (PF) 物材料将在未来 的有机光电子器件和电化学器件的开发和发展中 发挥重要作用．Heeger，MacDiarmid和 白川英树因在导电聚合物的 发现和发展中作出的突出贡献共同获得2000年度诺贝尔化学奖． 图 1 常见共轭聚合物的分子结构 导电聚合物的许多应用前景，比如用作化学电源的电极材料、 Fig．1 Molecularstructuresofcommon 修饰电极和酶电极、电色显示、电催化、金属防腐蚀、电化学传感器 conjugatedpolymers 等 ，都与其电化学性质密切相关 ．这使得导电聚合物电化学性质的 研究显得尤为重要．此外 ，共轭聚合物的HOMO和LUMO能级分别与其起始电化学氧化 (p一型掺杂)电 位和起始电化学还原(n一型掺杂)电位相对应，由于这类共轭聚合物在聚合物电致发光器件和聚合物光伏 打电池等方面有重要应用，并且其HOMO和LUMO能级对器件性能有决定性影响，因此通过电化学循环 伏安法测量共轭聚合物的HOMO和LUMO能级l2也已成为发光聚合物和光伏打聚合物材料的一种常规 表征手段． 共轭聚合物电化学性质的突出特点是在高电位区可发生电化学 p一型掺杂 ／脱掺杂 (氧化 ／再还原)反 应，在低电位区又可发生电化学