Leitfähige Redox-Polymere
Leitfähige Redox-Polymere sind organische Polymere, welche die Eigenschaften von leitfähigen Polymeren und redoxaktiven Polymeren vereinen. Ein leitfähiges Polymer, welches das Polymerrückgrat bildet, wird hierfür mit redoxaktiven Seitengruppen substituiert.[1] Das leitfähige Polymerrückgrat ist üblicherweise Polythiophen- oder Polypyrrol-basiert. Als Seitengruppen werden häufig Chinone, Radikale wie TEMPO, oder Metallkomplexe wie Ferrocen verwendet.[2] Das leitfähige Polymerrückgrat macht leitfähige Additive in Anwendungen wie zum Beispiel organischen Batterien überflüssig. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber herkömmlichen redoxaktiven Polymeren dar.[2]
Synthese Bearbeiten
Bei der Synthese von leitfähigen Polymeren werden zunächst redoaktive Gruppen an ein Monomer (oder Trimer) eines entsprechenden leitfähigen Polymers kovalent angebunden. Die Monomere, bei welchen es sich häufig um EDOT-Derivate handelt, werden anschließend entweder elektropolymerisiert oder chemisch oxidativ polymerisiert (z. B. mit FeCl3 oder Fe(OTs)3).[3]
Redoxpotential-Übereinstimmung Bearbeiten
Bei der Syntheseplanung eines leitfähigen Redox-Polymers ist es wichtig, die verschiedenen Redoxpotentiale der Seitengruppe und des Polymerrückgrats zu berücksichtigen, da leitfähige Polymere nur im dotierten Zustand und somit lediglich in einem bestimmten Potentialbereich leitfähig sind. Sollte das leitfähige Polymerrückgrat seine Leitfähigkeit verlieren, bevor die Redoxreaktion der Seitengruppe vollständig erfolgen konnte, wird die Seitengruppe in ihrem geladenen Zustand gefangen.[4]
Um dies zu vermeiden, sollte das Potential, bei welchem die Dotierung des Polymerrückgrats einsetzt, bei einem niedrigeren Potential als des Redoxpotentials der Oxidation der Seitengruppe liegen. Wird die Seitengruppe reduziert, sollte das Potential, bei welchem die Dotierung des Polymerrückgrats einsetzt, bei einem höheren Potential liegen. Gelingt dies, wird von einem Potential Match (dt. ‚Potential-Übereinstimmung‘) gesprochen.[5][6]
Einzelnachweise Bearbeiten
- ↑ Christoffer Karlsson, Hao Huang, Maria Strømme, Adolf Gogoll, Martin Sjödin: Probing Polymer–Pendant Interactions in the Conducting Redox Polymer Poly(pyrrol-3-ylhydroquinone). In: The Journal of Physical Chemistry C. 118. Jahrgang, Nr. 41, 16. Oktober 2014, ISSN 1932-7447, S. 23499–23508, doi:10.1021/jp506821z (englisch).
- ↑ a b Veniamin V. Kondratiev, Rudolf Holze: Intrinsically conducting polymers and their combinations with redox-active molecules for rechargeable battery electrodes: an update. In: Chemical Papers. 13. Februar 2021, ISSN 1336-9075, doi:10.1007/s11696-021-01529-7.
- ↑ Andreas Elschner, et al: PEDOT: principles and applications of an intrinsically conductive polymer. CRC Press, Boca Raton 2011, ISBN 978-1-4200-6911-2 (englisch).
- ↑ G. Zotti, G. Schiavon, S. Zecchin: Irreversible processes in the electrochemical reduction of polythiophenes. Chemical modifications of the polymer and charge-trapping phenomena. In: Synthetic Metals. 72. Jahrgang, Nr. 3, Juni 1995, S. 275–281, doi:10.1016/0379-6779(95)03280-0.
- ↑ Li Yang, Xiao Huang, Adolf Gogoll: Matching Diethyl Terephthalate with n-Doped Conducting Polymers. In: The Journal of Physical Chemistry C. 119. Jahrgang, Nr. 33, 20. August 2015, S. 18956–18963, doi:10.1021/acs.jpcc.5b05067.
- ↑ Huan Wang, Rikard Emanuelsson, Haidong Liu: Redox-State-Dependent Interplay between Pendant Group and Conducting Polymer Backbone in Quinone-Based Conducting Redox Polymers for Lithium Ion Batteries. In: ACS Applied Energy Materials. 2. Jahrgang, Nr. 10, 28. Oktober 2019, S. 7162–7170, doi:10.1021/acsaem.9b01130.