《Materials Science and Engineering: B》：Synthesis, comprehensive characterization, and high-performance supercapacitive behavior of sulfone-based polyazomethine for energy storage applications
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•磺酰基亚胺聚合物以高收率高效合成。•多孔纳米片形貌增强离子传输和储存。•在1 M NaOH中实现1254 F g?1的电容。•经1000次充放电循环后仍保持87%的电容。引言全球对可持续、高效储能系统需求的增长，推动了对超级电容器先进电极材料的广泛研究[1]、[2]、[3]
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磺酰基亚胺聚合物以高收率高效合成。
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多孔纳米片形貌增强离子传输和储存。
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在1 M NaOH中实现1254 F g?1的电容。
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经1000次充放电循环后仍保持87%的电容。
引言
全球对可持续、高效储能系统需求的增长，推动了对超级电容器先进电极材料的广泛研究[1]、[2]、[3]。超级电容器凭借高功率密度、快速充放电能力、长循环寿命和优异的运行安全性，已成为一种极具前景的储能装置[4]、[5]、[6]。然而，开发兼具高电容、良好导电性和长期稳定性的电极材料仍是一项重大挑战[7]、[8]、[9]。导电和共轭聚合物因其可调的分子结构、氧化还原活性和简便的合成方法而受到广泛关注。在各种共轭聚合物中，聚亚胺是一类重要的材料，其特征是聚合物主链中存在亚胺基团（CH=N）[10]、[11]、[12]。这类聚合物通常通过醛与芳香族二胺之间的Schiff碱缩合反应合成，具有简单且经济的合成路线[13]、[14]、[15]。聚亚胺的共轭结构有利于电子离域，赋予其优异的电学、光学和电化学性能。此外，其结构的多样性允许引入不同的官能团，以增强热稳定性、溶解性和电荷传输特性[16]、[17]、[18]。近期研究表明，基于聚亚胺的材料在传感器、光电器件、防腐保护、催化和储能系统等领域表现出令人前景的应用性能。含氮亚胺基团的存在提供了氧化还原活性位点，可贡献于赝电容电荷储存，使其成为超级电容器电极的理想候选材料。此外，将含磺酰基的芳族单元引入聚合物主链，可在保持适当离子传输通道的同时，改善热稳定性、机械强度和分子间相互作用[19]、[20]、[21]。尽管基于聚亚胺的材料引起了越来越多的关注，但系统研究其结构特征与电化学储能性能之间关联的工作仍然有限。因此，设计与开发具有增强电化学性能的新型聚亚胺架构仍然是一个重要的研究目标。特别是，理解分子结构、形貌、表面特性和电解质环境对电容行为的影响，对于优化其实际性能至关重要。超级电容器可大致分为三大类：双电层电容器（EDLCs）、赝电容器和混合超级电容器[22]、[23]、[24]。EDLC通过电解质离子在电极-电解质界面的可逆静电吸附来储存电能，而赝电容器主要通过发生在电极表面或附近的快速可逆法拉第氧化还原反应来储存电荷。混合超级电容器结合了EDLC与赝电容或电池型电荷储存机制的特点，以实现改善的能效和功率特性[25]、[26]、[27]。这些器件的电化学性能强烈依赖于电极组成、表面形貌、电导率、离子传输以及电极-电解质相互作用。近期关于先进对称、不对称和混合超级电容器体系的研究表明，合理的电极设计和高效的离子/电子传输对于实现高电容、能量密度、功率密度和长期循环稳定性至关重要[28]、[29]、[30]。虽然已有若干基于聚亚胺的材料被用于超级电容器应用研究，但开发兼具氧化还原活性亚胺连接键、有利的电解质相互作用和结构稳定性的含磺酰基聚亚胺仍然相对有限。在本工作中，通过将4,4′-二氨基二苯砜引入共轭聚合物主链，设计合成了一种基于磺酰基的聚亚胺。吸电子且具有极性的磺酰基有望促进电荷离域、电解质相互作用和结构稳定性，而亚胺连接键则为赝电容电荷储存提供了氧化还原活性位点。所得PAM在1 M NaOH中的比电容为1254 F g?1，高于此前报道的几种聚亚胺基电极的值。因此，本研究展示了磺酰基引入、氧化还原活性与电化学电荷储存之间独特的构效关系。
在本工作中，一种新型聚亚胺（PAM）通过对苯二甲醛与4,4′-二氨基二苯砜在氯化锂和N,N-二甲基乙酰胺存在的条件下进行缩合反应而合成。所合成的聚合物通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见光谱、场发射扫描电子显微镜、能量色散X射线分析、高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱、热分析、Brunauer-Emmett-Teller比表面积分析和接触角测量进行了全面表征。PAM的电化学行为通过循环伏安法、恒流充放电研究、循环稳定性测量和电化学阻抗谱在不同电解质体系和浓度下进行了评估。结果表明，所合成的PAM表现出优异的电化学活性、高比电容、良好的循环稳定性和有利的电荷传输特性，凸显了其作为下一代超级电容器电极材料的潜力。
章节摘要
化学品
1,4-苯二甲醛（对苯二甲醛）、4,4′-二氨基二苯砜（氨苯砜）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）和氯化锂（LiCl）均购自印度班加罗尔的Avra Synthesis Pvt. Ltd.。所有化学品均为分析纯，使用前按照标准实验室程序进行纯化。LiCl在85 °C下真空干燥7小时，以消除残余水分并确保其处于无水状态后纳入反应体系。
电化学测试
使用电化学工作站研究电极在超级电容器（SC）应用中的电化学性能。在三电极体系中，聚亚胺（PAM）作为工作电极，铂（Pt）丝和Ag/AgCl（饱和KCl）电极分别作为对电极和参比电极。电化学测量在多种1 M水溶液电解质中进行，包括KOH、NaOH、LiCl、KCl和Na?SO?。
对称器件研究
使用循环伏安法（CV）、恒流充放电（GCD）、电化学阻抗谱（EIS）和循环稳定性测量（图13a–d）评估了基于PAM的对称器件的电化学性能。在5至100 mV s?1的扫描速率下记录的CV曲线（图13a）呈现准矩形形状，并伴有轻微的氧化还原特征，表明具有双电层电容和赝电容行为的结合，并具备良好的倍率性能。该
结论
通过对苯二甲醛与4,4′-二氨基二苯砜的Schiff碱缩合，成功合成了一种基于磺酰基的聚亚胺（PAM），并系统研究了其结构、形貌、热学、表面和电化学性质。FTIR、XPS、EDAX、XRD和HR-TEM分析证实了含亚胺和磺酰基聚合物的形成，且其形貌以非晶态为主。FESEM和HR-TEM结果揭示了相互连接的纳米尺度
CRediT作者贡献声明
Swati.C. Bhilare：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，软件，资源，方法论，调查，概念构思。Amburaya.S. Birajdar：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，软件，方法论，调查，数据整理，概念构思。Sushil.S. Bandgar：软件，资源，调查，形式化分析。Sidram.R. Pujari：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，监督，软件，资源，方法论，调查，
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知经济利益冲突或个人关系。
Swati.C. Bhilare|Amburaya.S. Birajdar|Sushil.S. Bandgar|Sidram.R. Pujari
