Mechanistic Insights into Oxidative Molecular Layer Deposition of Conjugated Polymers
Mechanistic Insights into Oxidative Molecular Layer Deposition of Conjugated Polymers
复制标题
共轭聚合物氧化分子层沉积的机理见解
DOI：
10.1021/acs.chemmater.2c02923
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发表时间：
2023
影响因子：
8.6
通讯作者：
Young, Matthias J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wyatt, Quinton K.;Brathwaite, Katrina G.;Ardiansyah, Muhammad;Paranamana, Nikhila C.;Brorsen, Kurt R.;Young, Matthias J.
氧化分子层沉积（oMLD）有望通过单体与氧化剂的连续、自限制、气相表面反应，通过逐单体生长实现对聚合物结构的分子水平控制。然而，到目前为止，只有少数的oMLD生长化学已经被证明，并且有限的机理理解正在阻碍这一领域的进展。在这里，我们研究oMLD生长使用3，4-亚乙基二氧噻吩（EDOT），吡咯（Py），对苯二胺（PDA），噻吩（Thi），和呋喃（Fu）单体。我们建立了关键的见解oMLD生长的表面反应机制。我们特别确定了具有足够氧化强度的双电子化学氧化剂的重要性，以氧化表面和气相单体，使oMLD生长。我们报告的机制的见解，使合理的分子组装的共聚物结构，以提高电化学容量。这项工作是解锁氧化还原活性聚合物结构的分子水平控制的基础，并将使以前难以解决的关于聚合物性质的分子起源的问题的研究成为可能，使我们能够控制和优化用于能量储存，水脱盐和传感器的聚合物性质。
Oxidative molecular layer deposition (oMLD) promises to enable molecular-level control of polymer structure through monomer-by-monomer growth via sequential, self-limiting, gas-phase surface reactions of monomer(s) and oxidant(s). However, only a few oMLD growth chemistries have been demonstrated to date, and limited mechanistic understanding is impairing progress in this field. Here, we examine oMLD growth using 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT), pyrrole (Py), p-phenylenediamine (PDA), thiophene (Thi), and furan (Fu) monomers. We establish key insights into the surface reaction mechanisms underlying oMLD growth. We specifically identify the importance of a two-electron chemical oxidant with sufficient oxidation strength to oxidize both a surface and a gas-phase monomer to enable oMLD growth. The mechanistic insights we report enable rational molecular assembly of copolymer structures to improve electrochemical capacity. This work is foundational to unlock molecular-level control of redox-active polymer structure and will enable the study of previously intractable questions regarding the molecular origins of polymer properties, allowing us to control and optimize polymer properties for energy storage, water desalination, and sensors.
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