针对上述问题，兰州理工大学冉奋团队提出以生物活性分子维生素C（VC）作为绿色极性添加剂，通过多重羟基与PSS形成氢键，选择性去除非导电性PSS并促进PEDOT相分离，同时利用VC的抗氧化特性调控炎症微环境。该策略同步实现了导电性提升（14.3→50 S·m⁻¹）与生物功能优化，基于此构建的SA/GG/PEDOT:PSS-VC导电水凝胶超级电容器展现出卓越的电化学性能与抗凝血特性。该文章于2025年5月2日以《Vitamin C Secondary-Doped Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(Styrene Sulfonate) for Enhancing Conductivity and Biocompatibility for Implantation》为题发表于《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202503153）。

方案1. PEDOT:PSS-VC的制备流程（a）及VC二次掺杂机制示意图（b）。

（1）VC二次掺杂PEDOT:PSS的分子机制与结构表征

采用经典氧化聚合法制备PEDOT:PSS，并通过VC后处理实现二次掺杂。FTIR光谱显示，PEDOT:PSS-VC在3446 cm⁻¹处出现VC的O-H伸缩振动峰，且PEDOT的C-S-C噻吩环振动峰（1598 cm⁻¹）显著增强；VC的O-H峰由3455 cm⁻¹移至3446 cm⁻¹并展宽，证实羟基与磺酸基团形成氢键。1270 cm⁻¹与1080 cm⁻¹处PSS的C-S与S-O不对称伸缩峰强度衰减，表明VC有效去除了非导电PSS（图1a）。XRD图谱中，PEDOT:PSS-VC在26.4°处的衍射峰强度增加，18.6°峰略微左移，证实VC掺杂提高了PEDOT结晶度（图1b）。Raman光谱显示，≈1430 cm⁻¹处PEDOT链的Cα=Cβ对称伸缩振动峰发生红移且锐化（1433→1426 cm⁻¹），表明VC的还原能力使PEDOT构象由螺旋卷曲态转变为更线性的结构，增加了中性态比例（图1c）。XPS全谱显示VC掺杂后S元素含量降低，高分辨S 2p谱中PSS相关的SOx峰（168.5 eV、167.3 eV）显著减弱；Zeta电位绝对值由43.7 mV降至39.5 mV，进一步证实PSS的部分移除（图1d-g）。SEM形貌分析显示，PEDOT:PSS呈现明显团聚现象，而PEDOT:PSS-VC转变为分散疏松的结构，这归因于VC亲水羟基功能团的引入增强了抗聚集稳定性（图1h,i）。

图1. PEDOT:PSS与PEDOT:PSS-VC的表征：a）FTIR光谱；b）XRD图谱；c）Raman光谱；d）XPS全谱；e,f）S 2p高分辨XPS谱；g）Zeta电位；h,i）SEM照片。

（2）PEDOT:PSS-VC的电化学性能优化

电导率测试显示，VC掺杂后PEDOT:PSS的电导率由14.3 S·m⁻¹显著提升至50 S·m⁻¹（图2a）。三电极体系电化学测试表明，PEDOT:PSS-VC的CV曲线积分面积明显扩大，呈现典型的双电层电容行为；GCD曲线显示其可逆充放电性能优于未掺杂样品（图2b,c）。电化学阻抗谱（EIS）显示，PEDOT:PSS-VC在各频率下的阻抗均显著低于PEDOT:PSS，电荷转移阻抗与扩散阻抗明显降低（图2d）。速率性能测试显示，在0.5 A·g⁻¹电流密度下，PEDOT:PSS-VC的比容量达379.6 F·g⁻¹，远高于PEDOT:PSS的163 F·g⁻¹；其最大能量密度与功率密度分别为33.7 Wh·kg⁻¹与400.0 W·kg⁻¹，均显著优于未掺杂样品（图2h,i）。

图2. 电化学性能对比：a）电导率；b）50 mV·s⁻¹扫描速率下的CV曲线；c）0.5 A·g⁻¹电流密度下的GCD曲线；d）频率依赖的电化学阻抗谱；PEDOT:PSS-VC的电化学性能：e）不同扫描速率下的CV曲线；f）不同电流密度下的GCD曲线；g）Nyquist图；h）倍率性能；i）Ragone图。

（3）SA/GG/PEDOT:PSS-VC导电水凝胶的构建与表征

以生物相容性优异的海藻酸钠（SA）与瓜尔胶（GG）为基质，通过Ca²⁺交联制备聚合物凝胶膜，并掺入PEDOT:PSS-VC作为导电填料，构建三明治结构柔性超级电容器（图3）。通过优化GG浓度（0.5-1.25%），确定SA/GG-3（2% SA + 1% GG）具有最佳综合性能：拉伸强度0.44 MPa、断裂伸长率118%，杨氏模量与生物组织（<100 kPa）相近，韧性达33 MJ·m⁻³；6小时最大溶胀率309%，24小时保水率56.9%（图S4-S7）。光学显微镜显示电极与电解质紧密结合形成三明治结构；SEM显示SA/GG凝胶膜具有多孔结构利于离子传输，而掺入导电聚合物后SA/GG/PEDOT:PSS-VC膜结构更为致密（图4a-c）。表面形貌观察显示，SA/GG膜表面光滑，而两种导电膜表面出现细纹、颗粒及片状结构，粗糙度增加；SA/GG/PEDOT:PSS-VC呈现更明显的导电聚合物网络结构，分布均匀且表面粗糙度更高（Sq=3.68 μm vs 3.59 μm），有利于吸收伤口渗出液及活性因子转运（图4d-h）。FTIR、TG、溶胀及保水性能测试证实导电组分的成功引入及凝胶网络的稳定性（图4i-l）。

图3. 聚合物凝胶膜（SA/GG）、导电聚合物凝胶膜（SA/GG/PEDOT:PSS-VC）及PEDOT:PSS基超级电容器的制备流程示意图。

图4. 超级电容器截面及各组分膜的微观形貌与物理性能：(a-h) 光学显微镜、SEM及激光共聚焦图像；(i-l) FTIR、热重分析、溶胀率及保水率测试。

（4）凝胶电解质与超级电容器的电化学性能

EIS测试显示，SA/GG-3（1% GG）具有最高的离子电导率（0.047 S·cm⁻¹）与最低的离子弛豫时间（τ₀=0.28 ms），表明其优异的离子传输能力（图5a-d）。基于SA/GG/PEDOT:PSS-VC组装的超级电容器，其CV曲线面积显著大于SA/GG/PEDOT:PSS组，GCD曲线显示更优的可逆充放电行为，阻抗显著降低（图5e-g）。在0.3 mA·cm⁻²电流密度下，比容量达31.2 mF·cm⁻²，面积能量密度与功率密度分别为2.8 μWh·cm⁻²与120.1 μW·cm⁻²，均远高于PEDOT:PSS对照组（图5h,i）。

图5. SA/GG聚合物凝胶膜的电化学性能：a）Nyquist图；b）Bode图；c）相位角图；d）离子电导率；电化学性能对比：e）50 mV·s⁻¹下的CV曲线；f）0.3 mA·cm⁻²下的GCD曲线；g）Nyquist图；h）倍率性能；i）Ragone图。

非对称充放电测试显示，该器件可在14秒内完成充电并以0.3 mA·cm⁻²放电84秒，满足快速充电与持续放电的应用需求（图6f）。在0.5和1.0 mA·cm⁻²电流密度下，比容量分别为17.1和24.6 mF·cm⁻²，保持69.5%的容量（图6g）。循环稳定性测试表明，经4000次循环后容量保持率达92.5%，充放电曲线高度一致，证实其卓越的电化学稳定性（图6h）。

图6. PEDOT:PSS-VC基超级电容器的电化学性能：a）不同扫描速率下的CV曲线；b）不同电流密度下的GCD曲线；c）Nyquist图；d）Bode图；e）相位角图；f）1 mA·cm⁻²充电、0.3 mA·cm⁻²放电的非对称GCD曲线；g）倍率性能；h）4000次循环稳定性测试。

（5）生物相容性与血液相容性评价

溶血率测试显示，该超级电容器的溶血率仅为0.45%，远低于5%的安全阈值，证实其非溶血特性（图7a-c）。VC的引入可通过降低活性氧（ROS）水平调控炎症因子，抑制炎症细胞浸润，显著改善体内植入时的炎症反应，从而提升生物相容性。

图7. PEDOT:PSS-VC基超级电容器的生物相容性评估：(a-c) 溶血率测试；(d) 小鼠植入实验照片；(e-f) 凝血及血常规指标分析；(g-h) 植入组织切片染色及肥大细胞计数。