随着人們對可穿戴智能電子産品需求量的不斷增加，柔性可穿戴式器件以其輕質、柔韌、靈活和高效等特點受到人們的廣泛關注。與塊狀和薄膜器件相比，纖維狀儲能器件因其獨特的一維結構而表現出優異的柔軟性、可編織性、變形适應性和透氣導濕的特點，是最具潛能的儲能器件之一。然而，目前所制備的導電纖維材料通常難以滿足能量密度、功率密度以及機械性能兼具的要求，是該領域挑戰性研究課題之一。共轭微孔聚合物（Conjugated Microporous Polymers, CMPs）是一類由全共轭高分子網絡圍築、自具孔結構的新興功能材料，通過分子設計可額外引入電活性官能團，可充分發揮雙電層和赝電容兩種儲能基質，是一類具有高比電容和高循環穩定性的電極材料。然而，CMPs粉末不溶不熔，難以加工成纖維并制備得高性能纖維狀超級電容器。

基于以上挑戰，bevictor伟德官网、纖維材料改性國家重點實驗室廖耀祖教授團隊利用課題組發展成熟的Buchwald-Hartwig交叉偶聯方法，采用三(4-溴苯基)胺為“核”構築單元，苯胺、吡啶和氨基蒽醌為偶聯構築單元，在共價鍵溴化處理的碳納管纖維表面原位合成得不同電化學活性的富氮共轭微孔聚三苯胺（PTPA）網絡，制備得到一系列聚合物功能多孔纖維（CNF@CMPs）。

圖1 CNF@CMPs纖維的設計合成

研究表明，當單體濃度處于最适濃度時（0.625 mM），制備所得的CNF@PTPA3具有良好的電化學性能和循環穩定性，其三電極體系下的比電容為670 mF cm^-2 (電流密度為1 mA cm^-2，0.5 M H₂SO₄)，循環8000次後可仍然保持70%的起始電容；進而組裝成對稱纖維狀柔性超級電容器的能量和功率密度分别為18.33μWh cm^-2和1.25 mW cm^-2，彎曲10000後（135^o）的電容保持率為84.5%。CNF@PTPA3較高的電化學性能和優異的柔韌穩定性能得益于PTPA3的微孔特征和強氧化還原特性及其電子傳輸協同效應，以及CNF的高電導率和柔韌性。該研究工作為高性能纖維狀能源存儲多孔纖維材料的理性設計提供了新思路。

圖2 CNF@CMPs纖維狀儲能器件組裝

研究以“Conjugated Microporous Polymer Network Grafted Carbon Nanotube Fibers with Tunable Redox Activity for Efficient Flexible Wearable Energy Storage”為題在線發表于國際知名期刊Chemistry of Materials (DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c02089)。bevictor伟德官网系該論文第一完成單位，青年教師呂偉博士為第一作者，廖耀祖教授為唯一通訊作者。

該研究工作得到了國家自然科學基金、上海市曙光人才計劃、上海市自然科學基金、上海市“一帶一路”國際聯合實驗室、中央高校基本科研業務費重點項目等經費的支持。

論文鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c02089

課題組網站：https://www.x-mol.com/groups/liao_yaozu