Preventing Benzoquinone‐Based Catalyst Aggregation Enables the One‐Step Synthesis of Highly Conductive Poly(benzodifurandione) without Post‐Reaction Purification

材料科学 佩多:嘘 聚合物 导电聚合物 热电效应 聚苯乙烯磺酸盐 化学工程 催化作用 电导率 聚苯乙烯 纳米技术 复合材料 有机化学 化学 物理 热力学 工程类 物理化学
作者
Jun‐Da Huang,Qifan Li,Qingqing Wang,Tiefeng Liu,Sang Young Jeong,Sri Harish Kumar Paleti,Tom P. A. van der Pol,Kai Xu,Hanyan Wu,Natalie P. Pinchin,Marc‐Antoine Stoeckel,Wen‐Long Jin,Aleksandr Perevedentsev,Xianjie Liu,J. S. Reparaz,Mariano Campoy‐Quiles,Han Young Woo,Christian Müller,Mats Fahlman,Chi‐Yuan Yang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (17): e2502426-e2502426 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adma.202502426
摘要

Abstract Conductive polymers have become crucial in advancing various electronic applications. While p‐type materials like poly(3,4‐ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) are widely used and produced at scale, the development of high‐performance n‐type polymers has lagged due to challenges in synthesis and scalability. In this work, a novel method is introduced to synthesize the highly conductive n‐type polymer poly(benzodifurandione) (PBFDO) using α‐tocopherylquinone (α‐TQ) as a catalyst. This approach eliminates the need for post‐reaction dialysis, a major obstacle to large‐scale PBFDO production. By preventing catalyst aggregation, high electrical conductivity (>1320 S cm −1 ) is achieved, which remains stable in air for over 180 d, significantly simplifying the process. The α‐TQ‐synthesized PBFDO also exhibits excellent thermoelectric properties, with a power factor exceeding 100 µW m −1 K −2 , placing it among the highest‐performing n‐type thermoelectric polymers. Additionally, residual α‐TQ acts as a plasticizer, reducing the elastic modulus by over tenfold while maintaining high conductivity, making this material suitable for mechanically compliant electronics. Similarly, residual α‐TQ lowers the thermal conductivity of PBFDO by more than an order of magnitude. The process is scalable, as demonstrated by producing high‐conductivity ink in a 20 L reactor. This work presents an efficient and sustainable approach for large‐scale n‐type polymer production.
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