有序介孔二氧化硅内C60Pd配位寡聚体的构建、形貌调控及电化学性能研究

本研究针对C60基导电聚合物在储能与传感应用中的局限性，通过毛细作用将富勒烯C60与钯配位聚合物（C60Pd）原位聚合于MCM-48介孔二氧化硅内，构建了具有双电位窗口电化学活性的纳米复合材料。该材料通过氮气吸附、电子显微技术等表征证实其1-3 nm球形寡聚体结构，并揭示反离子传输对氧化还原动力学的调控机制，为设计新型纳米电子器件提供了新思路。

　　

富勒烯C₆₀作为碳材料家族中的明星分子，因其独特的笼状结构和可调控的电子特性，在能源存储与传感器领域备受关注。然而，传统C₆₀聚合物存在导电性不足、氧化还原过程不可逆等问题，且多数研究仅聚焦于负电位区的还原行为，严重限制了其在双向电化学器件中的应用。与此同时，介孔二氧化硅材料因其高度有序的纳米孔道（2-15 nm）和可调控的界面特性，被视为构建有机-无机杂化材料的理想载体，但如何实现功能性聚合物在孔道内的可控生长仍是挑战。

波兰比亚韦斯托克大学（University of Bialystok）的研究团队创新性地将C₆₀与钯配位形成的寡聚体（C₆₀Pd）限域于MCM-48介孔二氧化硅的纳米孔道中，成功开发出兼具正负电位窗口电化学活性的纳米复合材料。这项突破性成果发表在《Microporous and Mesoporous Materials》期刊上，为下一代纳米电子器件的设计提供了新范式。

研究团队采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量色散X射线分析（EDX）等技术表征材料形貌，结合差示红外光谱（DRIFT）和氮气吸附-脱附测试分析化学结构与孔隙特性，并通过循环伏安法（CV）系统评估电化学性能。

材料表征与C₆₀Pd形成机制
通过TEM观察到MCM-48载体保持400-800 nm球形形貌，孔径1-5 nm。DRIFT谱图显示C₆₀特征峰位移证实钯配位作用，氮气吸附数据表明复合材料保留介孔结构但比表面积降低，证实C₆₀Pd选择性沉积于孔道壁而非完全填孔。

电化学行为解析
CV测试揭示复合材料在-0.5至+1.2 V宽电位窗内呈现可逆氧化还原峰：负电位区对应C₆₀基团还原（需阳离子嵌入），正电位区源于C₆₀⁺氧化（依赖阴离子传输）。动力学分析表明氧化过程速率较还原快3倍，这源于阴离子在C₆₀Pd相中的迁移阻力更低。

界面相互作用效应
与直接电极沉积的C₆₀Pd相比，复合材料中C₆₀Pd还原电位正移0.15 V，这归因于硅羟基缺陷位点与寡聚体的电子耦合作用。热重分析显示复合材料在300°C以下保持热稳定性，满足器件应用需求。

该研究首次实现了配位富勒烯聚合物在介孔限域环境中的可控合成与双向电化学调控，其创新价值体现在三方面：① 提出"部分填孔"策略平衡材料导电性与离子传输效率；② 揭示硅羟基缺陷位点对C₆₀Pd还原电位的调控规律；③ 为开发新型不对称超级电容器电极材料提供了理论依据。研究中所建立的介孔限域聚合方法可拓展至其他金属-富勒烯体系，在柔性电子器件和生物传感器领域具有广阔应用前景。