导电聚合物（CP），例如聚吡咯（PPY），聚苯胺（PANI），和聚3,4-亚乙基二氧噻吩（poly（3,4-ethylenedioxythiophene），PEDOT），由于其高度可调的电学和电化学性质而引起了广泛的关注。从理论上讲，将CP制备成水凝胶，赋予材料大表面积，柔软和生物相容性表面，以及高电解质渗透性等特性。因此，CP水凝胶可成为制造对电导率和扩散性同时有要求的高性能器件的理想选择，例如超级电容器，电化学传感器和受控药物传递系统。然而，受限于制备方法的缺乏，CP水凝胶难以得到广泛应用。由于PPY和PANI等CP因其主链刚性较强，而几乎不溶于常用的溶剂，所以通过溶液中交联CP实现凝胶化的路线很难获得CP凝胶。因此，溶液相中的原位聚合反应是目前制备CP水凝胶的主流方法。一般而言，CP的原位聚合通常生成沉淀而不是水凝胶，因为凝胶并非是不亲溶剂的CP的热力学稳定形式。为了促进凝胶化，此前的工作中人们通常以非常高的浓度水平（> 5wt％）进行聚合反应，或者在聚合体系中加入其他模板，如水凝胶，大分子或纳米材料，以使得CP水凝胶动力学稳定。然而高浓度聚合反应通常会产生大量的CP聚集体，这会降低所获得的水凝胶的比表面积和透过性，且额外的模板将不可避免地降低水凝胶的电学性质。目前一个具有挑战性的目标就是探索可靠的方法来制造具有优异微观结构和电子性质的纯CP水凝胶，这对于许多应用而言至关重要。

      近日，厦门大学白华副教授、姜源副教授和葛东涛教授（共同通讯作者）在国际期刊ACS Nano上合作发表相关论文“A Hydrogel of Ultrathin Pure Polyaniline Nanofibers: Oxidant-Templating Preparation and Supercapacitor Application”。平行第一作者为周堃和贺媛。研究人员利用五氧化二钒水合纳米线作为氧化剂和牺牲模板，开发了一种快速原位聚合方法制备纯聚苯胺（PANI）水凝胶。在原位聚合产生了由超细PANI纳米纤维组成的网络，并且这些PANI纳米纤维的大长径比允许以1.03重量％的低固体含量形成水凝胶。由于超细纤维特殊的化学和微观结构，用作超级电容器电极的PANI水凝胶显示出636 F g-1的高比电容，倍率性能和良好的循环稳定性（10,000次循环后约83％的电容保持率）。该方法还扩展到制备聚吡咯和聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）水凝胶。这种模板聚合方法代表了一种合理的导电聚合物网络设计策略，可以很容易地集成到高性能器件或功能复合材料的进一步平台中。

　　
图1.制造纯PANI水凝胶路线的示意图。
图2.（A）V2O5·nH2O纳米线分散体（左）和PANI水凝胶的数码照片（右）。（B）不同形状的PANI水凝胶的照片。（C）V2O5·nH2O的TEM图像纳米线。（D）样品PHG-2的流变行为。（E）拉曼光谱冻干的PHG-2和V2O5·nH2O纳米线。（F）样品PHG-2的FT-IR光谱。（G）冻干的PANI水凝胶的EDX谱。（H）冻干的PANI水凝胶的SEM图像（PHG-2）。（I-J）PANI水凝胶的TEM图像。

　　
图3.（A）V2O5·nH2O分散体和相应的冻干块的照片。（B）冻干的V2O5·nH2O分散体的SEM图像。（C）通过将苯胺酸性溶液与过硫酸铵混合制备的PANI悬浮液的照片。（D）（C）中的PANI悬浮液冻干后的SEM图像。
图4.PHG-2的容性性能（A）不同扫描时PHG-2的CV曲线率。（B）PHG-2在不同电流密度下的GCD曲线。（C）PHG-2和PANI薄膜在不同的电流密度。（D）PHG-2电极的奈奎斯特图，频率范围10–1?105Hz。（E）PHG-2和PANI膜在10000次循环时的电容量保持率。（F）10000次循环后PHG-2和PANI膜的IR降变化。当前密度在（E）和（F）中：32.9A/g用于PANI膜和35A/g用于PHG-2。

　　综上所述，我们报道了一种简便的氧化剂模板化方法，以V2O5·nH2O纳米线为氧化剂和牺牲模板制备纯PANI和其他CP水凝胶。V2O5·nH2O纳米线的超大长径比使我们能够制备固含量较低（~1 wt％）的PANI水凝胶，由超细PANI纳米纤维构成的高孔隙网络赋予水凝胶优异的性能。PANI水凝胶具有很高的比电容，在2.0 A/g可达636 F/g，在25.0 A/g时为626 F/g。同时，它可以在10,000次循环后具有83.3％的电容保持率。该方法为制造导电聚合物水凝胶提供了途径，可用于能量存储，传感器和生物医学等领域。鉴于凝胶的良好力学性能，这种方法还可以作为一种加工导电聚合物的技术。

　　聚苯胺水凝胶的制备。不同体积分数（0.43体积％，0.72体积％和0.9体积％）的V2O5·nH2O纳米线分散液表示为溶液A。通过将0.4mL苯胺与39.6 mL去离子水混合来制备溶液B。为制备PANI水凝胶，溶液A与溶液B以一定的体积比混合，剧烈震荡混合物5秒，静置3小时。PANI水凝胶可在10秒内形成。依次用0.1M HCl和去离子水透析凝胶，以除去杂质。

　　论文全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b02055