在過去的幾十年中，導(dǎo)電聚苯胺(PANI)在儲能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。盡管已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但仍然需要有效和簡單的方法在分子水平上調(diào)節(jié)聚苯胺的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，這與傳統(tǒng)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(yīng)性逐層(LbL)沉積工藝，利用超薄聚多巴胺和連續(xù)單層石墨烯分子工程PANI。基于反應(yīng)性LbL沉積和光刻構(gòu)圖，構(gòu)建了微超級電容器（MSCs）。研究發(fā)現(xiàn)，在聚苯胺層之間引入超薄聚多巴胺會導(dǎo)致聚苯胺的分子結(jié)構(gòu)、分子間間距和形態(tài)發(fā)生顯著變化。這些變化導(dǎo)致混合MSCs的電容、穩(wěn)定性和柔性大幅提高。此外，使用連續(xù)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(zhuǎn)移電阻，以及改善的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。這項工作為導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu)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(yīng)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(xué)照片。
Figure 2. (a，b)低溫下苯胺在目標(biāo)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(tài)MSCs的電化學(xué)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(huán)穩(wěn)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(xué)Weinan Xu課題組于2021年發(fā)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(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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