針對(duì)這一難題，婁曉杰教授團(tuán)隊(duì)提出空間位阻調(diào)控新策略，即通過(guò)金剛烷功能化降冰片烯(NBAd)與芳香側(cè)鏈降冰片烯(PNB2APS)共聚，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬，設(shè)計(jì)了P(NB2APS-co-NBAd0.05)材料。該研究首次在該領(lǐng)域應(yīng)用位阻抑制機(jī)制以提升擊穿強(qiáng)度：金剛烷基團(tuán)使芳香側(cè)鏈間距從6.8Å擴(kuò)大至7.4Å，減弱了π-π堆疊效應(yīng)，提高了自由體積分?jǐn)?shù)，從而使擊穿強(qiáng)度(BDS)提升至865MV/m(較基體材料提高了42%)。該材料還展現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)能性能：在1000MV/m的超高電場(chǎng)下，實(shí)現(xiàn)23.5 J/cm³的放電能量密度(Ud)，達(dá)到BOPP的412%；在800MV/m電場(chǎng)下，Ud保持在15J/cm³，同時(shí)儲(chǔ)能效率(η)超90%。此外，該材料表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性：在10萬(wàn)次充放電循環(huán)后，Ud與η均未出現(xiàn)衰減，并具備擊穿自修復(fù)能力—通過(guò)將(C+N+S)/(O+H)控制在低至1.07的分子設(shè)計(jì)，使材料擊穿后碳化區(qū)域可與電極自動(dòng)隔離。此項(xiàng)研究不僅為高性能電容儲(chǔ)能聚合物材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了全新思路，也為該領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。
 

　　圖. a) 設(shè)計(jì)策略示意圖。b) P(NB2APS-co-NBAd0.05) 與其他近期新合成的聚合物材料的最大 Ud 和 BDS 比較。c) 在200 MV/m 循環(huán)數(shù)下的 BOPP 和 P(NB2APS-co-NBAd0.05) 的放電能量密度和放電效率。

 

　　以上研究成果以《通過(guò)削弱新型聚降冰片烯中的π-π堆疊效應(yīng)實(shí)現(xiàn)超高電容儲(chǔ)能》(Ultra-high Capacitance Energy Storage Enabled by Weakening the π-π Stacking Effect in Novel Polynorbornene)為題，發(fā)表于國(guó)際著名期刊《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)。西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院為論文第一完成單位，博士生張斌為第一作者，婁曉杰教授為通訊作者。
 

　　該研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、鄂爾多斯科技合作重大專項(xiàng)以及西安交通大學(xué)分析測(cè)試中心的支持。