一锅法Buchwald-Hartwig/Suzuki-Miyaura双偶联策略构建共轭微孔聚合物用于高性能柔性超级电容器

本文创新性地采用一锅法钯催化Buchwald-Hartwig/Suzuki-Miyaura（BHSM）双偶联策略，成功构建了兼具氧化还原活性和π共轭扩展的共轭微孔聚合物（CMPs）。通过调控三氨基三苯胺（TPA）、3,6-二溴菲-9,10-二酮（DPQ）和3,5-二溴苯硼酸（BA）的摩尔比，同步引入C-N/C=C键合单元，所得BHSM-CMP-3在三电极体系中展现出774 F g?1的高比电容（1 A g?1）及6000次循环后87%的容量保持率。进一步制备的BHSM@CNF纤维状超级电容器（FSCs）实现598 mF cm?2的面电容和41.6 μWh cm?2的能量密度，为柔性可穿戴储能器件提供了新材料设计范式。

　　

亮点

本研究开创性地将Buchwald-Hartwig（BH）和Suzuki-Miyaura（SM）双偶联反应整合至单锅体系，通过精准调控三氨基三苯胺（TPA）、3,6-二溴菲-9,10-二酮（DPQ）和3,5-二溴苯硼酸（BA）的投料比（BA占比20/40/80 mol%），构建了兼具氧化还原活性和刚性π共轭骨架的BHSM-CMPs材料家族。其中BH偶联引入的C-N键赋予材料类聚苯胺（PANI）的赝电容特性，而SM偶联形成的C-C键则显著提升了电子传输效率。

材料与方法

碳纳米管纤维（CNFs）购自中科院成都有机所，其拉伸强度达310-500 MPa，电导率为1×10⁵-2×10⁵ S m^?1。通过原位聚合将BHSM-CMP-3接枝至CNFs表面，制备的BHSM@CNFs复合材料展现出优异的机械柔性和导电网络。

结果与讨论

电化学测试表明，BHSM-CMP-3在三电极体系中实现774 F g^?1的比电容（1 A g^?1），远超单一偶联策略制备的对照材料。XPS分析证实材料中同时存在醌式羰基（C=O）和胺氮（C-N）双重氧化还原中心。组装的对称型BHSM@CNF FSCs在10,000次弯曲循环后仍保持73%初始容量，其2.54 mW cm^?2的功率密度可满足可穿戴设备需求。

结论

该工作通过分子水平设计，首次实现BH/SM双偶联的协同效应，为开发高能量密度柔性储能器件提供了新思路。BHSM-CMPs材料在保持87%循环稳定性的同时，其面电容（598 mF cm^?2）达到同类器件领先水平，展现出广阔的产业化应用前景。