氟化聚合物

锂金属因具有高理论容量(~3860 mAh g-1)和低氧化还原电位(相对于标准氢电极为-3.04 V)，是颇有前景的锂电池电极材料之一。然而，锂枝晶的生长将会顶穿隔膜，引起电池短路热失控，甚至引燃电解液等，存在安全隐患。使用具有高机械强度的固态电解质代替电解液，可以有效阻止锂枝晶生长，从而提高锂金属电池(LMBs)安全性。相比无机电解质较高的界面接触阻抗，聚合物电解质(SPEs)可与电极形成紧密的物理接触而备受关注。 　　然而，用于导锂的含氧极性官能团容易被氧化，成为限制电化学稳定性的瓶颈。虽然通过开环聚合消除弱键、引入含氟官能团等策略可拓宽电化学窗口(ESW)，但宽ESW难以直接转化为长循环LMBs的高截止电压。一方面，测试ESW的线性扫描伏安法使用的阻塞电极通常是平坦的不锈钢，与具有高表面积碳导电剂的实际电极相比，显示出较低的反应活性，易高估ESW；另一方面，具有过渡金属的正极材料较强的催化活性，易加剧氧化。目前，适用于截止电压为4.5V或更高的长循环LMBs的聚合物电解质有待证明。 　　近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所应用多氟化交联剂来增强聚合物电解质的抗氧化性。交联网络有助于传递多氟化链段的吸电子效应，并具有普适性。进一步通过组分优化后，基于多氟交联剂的聚合物电解质同时表现出宽ESW、高电导率和高机械强度。组装的Li||NCM523全电池在0.5C和4.5 V的截止电压，获得了~164.19 mAh g-1的高放电比容量，并在200次循环后容量保持率90%，是当前领域报道的最佳循环稳定性之一。 　　相关研究成果以Polyfluorinated crosslinker-based solid polymer electrolytes for long-cycling 4.5 V lithium metal batteries为题，发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项等的资助，并获得苏州纳米所纳米真空互联实验站(Nano-X)的技术支持。新加坡南洋理工大学科研人员参与研究。图1.SPE的制备图2.SPE的ESW。a.Li|PVEC/P(IL-OFHDODA-VEC)|C的LSV曲线；b.PIL、POFHDODA、PVEC、P(IL-OFHDODA)、P(IL-VEC)和P(OFHDODA-VEC)的ESW。图3.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的电化学性能。a.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池在0.5 C下的循环性能；b.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的第1-200次充放电曲线；c.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的倍率性能；d-f.充满电的Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523软包电池在折叠前(d)和折叠后(e)或切割后(f)点亮LED灯的照片。

p style=" text-align: justify " 　　 /p p style=" text-align: center " img title=" tpxw2019-01-08-09.jpg" alt=" tpxw2019-01-08-09.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/8f85fe5b-35ad-4005-9e82-3608bdf73b66.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　图. 近红外吸光电子受体分子设计与合成、吸光和荧光谱图、叠层太阳能电池器件结构、能级和光伏特性曲线 /p p style=" text-indent: 2em " 在国家自然科学基金项目科学部前沿导向重点项目和国家优秀青年科学基金项目(项目编号：21722404，21734008)等资助下，我国学者在近红外吸光聚合物太阳电池研究中取得进展。研究成果以“Near-Infrared Electron Acceptors with Fluorinated Regioisomeric Backbone for Highly Efficient Polymer Solar Cells”(具有氟化骨架异构的近红外电子受体实现高效聚合物太阳电池)为题，于2018年11月06日发表在Advanced Materials(《先进材料》)上。 /p p style=" text-indent: 2em " 论文链接： a href=" https://doi.org/10.1002/adma.201803769" target=" _blank" https://doi.org/10.1002/adma.201803769 /a 。 /p p style=" text-align: justify " 　　聚合物太阳电池近年取得了不断突破，很大程度得益于新型有机半导体分子和聚合物的快速发展。有机分子和聚合物通过结构裁剪可大范围调制其光、电和薄膜性质，从而实现区别于传统无机太阳电池的多功能性的太阳电池器件，例如可见区透过，近红外区高光谱响应度的半透明器件和全光谱吸收的叠层器件等。其中，发展新型近红外吸光的有机半导体材料(带隙Eg& lt 1.4 eV)成为领域关注热点。 /p p style=" text-align: justify " 　　浙江大学高分子科学与工程学系的有机半导体实验室已发展一系列基于非稠合或稠合骨架的近红外电子受体分子。最近，该实验室的李昌治研究员和陈红征教授等设计发展了一类近红外电子受体分子，通过非对称桥连基团的区域异构化和调控氟原子取代数目，改善分子共轭结构和轨道能级，获得了性能优异的近红外电子受体分子并成功建构响应波长可达1000 nm光谱的高效率聚合物太阳电池。通过进一步与吸光带边800 nm的前电池搭配，制备得到高效率聚合物叠层太阳电池。该工作得到华南理工大学叶轩立教授和香港中文大学路新慧教授在光学模拟和薄膜形貌测试方面的支持。这一成果从分子骨架结构设计入手，通过探索理解其分子结构-薄膜特性-器件性能之间的构效关系，为发展近红外电子受体分子和近红外区高光谱响应度的聚合物太阳电池提供了新方法和新途径。 /p p style=" text-align: justify " 附件： /p p style=" line-height: 16px " img style=" margin-right: 2px vertical-align: middle " src=" /admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_pdf.gif" / a title=" chen2018.pdf" href=" https://img1.17img.cn/17img/files/201901/attachment/a4dc0b99-2bf7-4de1-8fa0-11d21bce1737.pdf" target=" _blank" textvalue=" Near-Infrared Electron Acceptors with Fluorinated Regioisomeric Backbone for Highly Efficient Polymer Solar Cells" Near-Infrared Electron Acceptors with Fluorinated Regioisomeric Backbone for Highly Efficient Polymer Solar Cells /a /p p & nbsp /p

使用超高效聚合物色谱（APC）系统对低分子量聚合物进行快速高分辨率分析 Mia Summers和Michael O&rsquo Leary 沃特世公司（美国马萨诸塞州米尔福德） 应用优势 ■ 既能对聚合物进行快速表征又不会降低性能水平 ■ 与常规GPC分析相比，可提高对低分子量低聚物的分辨率 ■ 与常规GPC分析相比，可提高校准水平并由此对低分子量低聚物进行更准确的测定 ■ 可对聚合物进行快速监测，从而能提早发现产品开发过程中出现的变化 沃特世提供的解决方案 ACQUITY® 超高效聚合物色谱（APC&trade ）系统 ACQUITY APC XT色谱柱 沃特世聚合物标准品 带有GPC选项的Empower® 3色谱数据软件关键词 聚合物、SEC、GPC、APC、聚合物表征、低分子量聚合物、低聚物、环氧树脂 引言 凝胶渗透色谱（GPC）是一种广泛认可并行之有效的聚合物表征方法。然而，尽管使用此技术可获得大量信息，但这类分析本身仍存在缺陷。色谱柱通常填充苯乙烯-二乙烯基苯，同时需要进行适当老化并应在低背压下运行以确保其长期稳定。填充颗粒通常较大（&ge 5 &mu m），分辨率一般会因此而受影响。填充较小颗粒（行校正。综合使用这些技术能够更稳定、更精确地测定低分子量聚合物样品的分子量参数。提早识别某种聚合物所出现的甚至比较细微的改变都能明显加快化学和生物材料应用中聚合物的开发速度。 实验 Alliance® GPC系统条件 检测器： 2414 RI （示差折光检测器） RI流通池： 35 ℃ 流动相： THF 流速： 1mL/min 色谱柱： Styragel 4e，2和0.5，7.8 x 300 mm（3根串联） 柱温： 35 ℃ 样品稀释剂： THF 进样量： 20 &mu L ACQUITY APC系统条件 检测器： ACQUITY RI（示差折光检测器）RI流通池： 35 ℃ 流动相： THF 流速： 1 mL/min 色谱柱： ACQUITY APC XT 200 Å 柱和两根45 Å 柱，4.6 x 150 mm（3根柱串联） 柱温： 35 ℃ 样品稀释剂： THF 进样量： 20 &mu L 数据管理 Empower 3色谱数据软件 样品 1 mg/mL的沃特世聚苯乙烯标准品（100K、10K和1K）环氧树脂（2 mg/mL） 结果与讨论 为了使用SEC对聚合物进行适当表征，重要的是要使用适当的标准品生成一条校准曲线以确定当前所用色谱柱的分离范围。使用常规GPC分析标准品和样品相当耗时，运行时间可长达1小时（或更长）。由于样品所产生的数据将与经校准的标准品进行比较以确定分子量，因此标准品分析结果的准确度对获得关于聚合物样品的准确结果而言具有至关重要的作用。除了GPC本身的运行时间较长之外，常规GPC系统的额外柱体积较大也会导致峰展宽，从而降低分辨率并由此降低校准数据点的准确度。与常规GPC系统相比，ACQUITY APC系统的扩散度更低，因此产生的峰展宽就更少，并且窄分布标准品的色谱峰也明显更清晰，如图1所示。此外，低扩散性APC系统与支持更高流速和背压的稳定的亚3 &mu m APC色谱柱柱技术相结合也能提高对1K聚苯乙烯标准品的分辨率，并使分析时间缩短至原来的1/5。 图1. 比较在常规GPC系统和ACQUITY APC系统中分析聚苯乙烯标准品（Mp：100K、10K和1K）的运行时间和分辨率 使用APC系统所提高的分辨率为确定1K聚苯乙烯标准品分子量增添了更多可识别的色谱峰。如图2所示，通过使用标准品供应商提供的数值或根据外部方法得出的标准品测定值而确定的分子量信息，更多的数据点由此可被添加到校准曲线上，从而为根据这条曲线所计算出的样品结果增加了可信度。 图2. 使用ACQUITY APC系统时，因对1K低分子量标准品的分辨率提高而在校准曲线上得出关于聚苯乙烯标准品（100K、10K和1K）的更多数据点 一般说来，需要运行一系列标准品以得出用来生成校准曲线的数据点。使用常规GPC时，平衡、配制并分析每种标准品可能需要数小时至数天的时间。因此，通常不进行校准并根据原有校准曲线确定分析结果。ACQUITY APC系统因其系统滞留体积低而使平衡速度明显加快，并且因在更高流速下使用更小的颗粒而使运行时间明显缩短。运行时间的缩短使得平衡和校准操作可在一小时内轻松完成。最后，得益于分辨率的提高，可能只需要配制并进样检测更少的标准品，就能获得一条可用来进行校准的稳定曲线。分析样品时，校准操作的稳定性提高使得对低分子量低聚物的分子量测定具有更高的可信度。 图3显示出一份环氧树脂样品相对于用聚苯乙烯标准品校准的分析结果。该结果表明使用三根ACQUITY APC XT 4.6 x 150 mm串联柱可在不到5分钟的运行时间内分辨出不同低聚物。 图3. 使用配有ACQUITY RI检测器的三根ACQUITY APC XT 4.6 x 150 mm串联柱对溶于四氢呋喃的一份环氧树脂样品进行分析。低分子量低聚物（显示为峰尖分子量）可在不到5分钟的时间内被分辨开来。 APC可缩短运行时间的特点有助于在工艺开发过程中进行反应监测。分辨率提高能够促进对合成应用或降解研究中可能出现的聚合物改变进行更快速的鉴别。通过监测各种分子量而提早发现工艺改变有助于更好地了解聚合物及其预期属性，从而可促进新型聚合物的开发并加快产品上市进程。 结论 由于超高效聚合物色谱系统的扩散度更低并能承受更高的背压以允许使用更小的杂化颗粒，因此该系统明显优于常规GPC系统。通过与最新的色谱柱技术相结合，APC系统与常规GPC相比也提高了对低分子量低聚物的分辨率。APC在性能方面的优点包括校准结果更可靠，这对生成用于聚合物表征的准确测定值而言是必不可少的。低分子量聚合物检测速度和分辨率的同时提高可在开发过程中实现对聚合物的快速且可靠的表征，从而促进对新型聚合物进行密切的上市跟踪。