英国剑桥大学卡文迪许实验室和化学学院带领的一支科研团队近期在Advanced Materials上发表了一种线性含铜双螺旋配位聚合物。该聚合物经电化学氧化后自身电导率升高约四个数量级，且此高导电状态可保持数年。这一分子“导线”可用于研究微观尺度下的电荷传递过程。

【文章要点】

一、作者们利用自主装过程，合成了含铜双螺旋配位聚合物。所用原料及产物结构示意图如图1。合成所用的溶剂为乙腈。

图1. 含铜双螺旋配位聚合物的合成与结构示意图。图源：Adv. Mater.

二、将该聚合物制成薄膜，置于两电极间并施加高电压氧化后，聚合物薄膜的电导率骤然增大约7个数量级，并逐步稳定在10⁴水平上，电导率约1.7 S/m（图2）。

图2. 含铜双螺旋聚合物电流密度随时间变化关系。施加60 V电压氧化聚合物后电流密度升高，表明聚合物电导率升高。将聚合物暴露于空气后电导率快速下降至原始水平。图源：Adv. Mater.

三、高导电态可长久保持数年之久。但将聚合物暴露于空气中或加热会使得聚合物导电性降至原始低水平。其中空气暴露可能破坏了聚合物的结构。但加热对聚合物结构基本不影响，所以绝缘-导电的转变是可逆的。

四、机理研究表明聚合物导电性变化与其中铜离子价态变化有关。约四分之一的Cu⁺被氧化为Cu²⁺，从而形成混合价态。此时，铜的部分充满的d_z²轨道沿轴向共轭，因而提高了电导率。

五、聚合物高导电性的极佳稳定性与双螺旋结构在氧化后的重构有关。氧化后的聚合物径向上发生收缩（图3），变得更加紧密，升高了Cu²⁺被重还原为Cu⁺的势垒。

图3. 两根含铜双螺旋聚合物分子“导线”间发生电荷传递示意图。虚线示聚合物被氧化后的结构变化。图源：Adv. Mater.

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202100403