共轭聚合物通过将氧化还原活性、电子传导主链与离子传输侧链相结合来实现电化学器件中的氧化还原活性，并可以针对不同的电解质进行调节。在水电解液中，氧化还原活性可以通过将亲水性侧链连接到聚合物主链上来实现，从而实现离子传输和聚合物电极的充电。尽管这种方法有利于聚合物在水溶液中实现快速电化学充电，但人们对于电化学充电期间聚合物吸水与电极的稳定性和氧化还原电位之间的关系知之甚少，尤其是对于电子传输共轭聚合物。
近日，伦敦帝国理工学院Jenny Nelson，斯坦福大学Alexander Giovannitti报道了研究了基于含亲水侧链的NDI-T2给体−受体聚合物的共轭聚合物的电化学氧化还原活性，并论证了侧链工程在提高其在低氧浓度下的氧化还原活性和稳定性方面的重要性。
文章要点
1）对于仅含有亲水侧链的聚合物，研究人员观察到在含水电解质中聚合物电极的连续循环期间的快速容量损失。为了解决这种电化学不稳定性，研究人员通过用疏水(烷基)侧链部分取代亲水性(乙二醇)侧链来调节聚合物的性质，以控制电化学充电过程中的吸水量。当将聚合物充电到双重还原的电子双极性状态时，这种取代也极大地提高了它们的重量容量。
2）为了揭示聚合物在充放电过程中的降解机理，研究人员通过对聚合物的被动溶胀和主动溶胀进行量化，研究了侧链极性与吸水率之间的关系。结果表明，聚合物的溶胀可以通过化学设计来控制，这大大提高了电子传输聚合物的氧化还原性能和稳定性。
这项工作突出了化学设计策略对于实现共轭聚合物在水溶液中的高电化学稳定性的重要性。
参考文献
Anna A. Szumska, et al, Reversible Electrochemical Charging of n‑Type Conjugated Polymer Electrodes in Aqueous Electrolytes, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c06713
https://doi.org/10.1021/jacs.1c06713
