聚苯胺空心和片状多级结构的合成

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聚苯胺(PANI)空心球的制备常有“硬模板”、“软模板”、“无模板”等方法,其中无模板法具有无需后续处理等优势,与硬模板相比,软模板通过水或乙醇清洗就可以比较容易地去除,且不会对聚合产物的形貌造成影响,已经成为人们研究的热点。本文采用无模板法--化学氧化聚合法,以苯胺为单体,过硫酸铵为氧化剂,分别在十四酸(MYA)、CoSO4和全氟辛酸(PFOA)的水溶液中合成聚苯胺(PANI)多级结构,系统地考察了影响PANI形貌的因素;并探讨了其形成机理。具体内容如下:(1)合成PANI空心结构:采用MYA在去离子水中稳定苯胺液滴,当反应温度为70℃,MYA浓度为0.0044mol/L,苯胺浓度为0.016mol/L,APS的摩尔量与苯胺相同时,合成的PANI具有球包裹PANI纤维或PANI块状物的结构,当苯胺浓度为0.022mol/L时,形成除PANI包裹PANI核/壳结构外,还含滴管状形貌,该滴管具有长达10μm的管,且有些管是闭口的;另外,PANI空心球串珠结构也能形成。(2)胶束控制合成空心PANI多级结构:首次利用CoSO4与苯胺单体形成络合物并与苯胺单体在体系中形成稳定的胶束,该胶束的直径大约为400nm。当苯胺浓度为0.5mol/L,CoSO4和APS的量与苯胺相同时,形成的PANI空球表面粗糙、直径为1-2μm球,且球表面由短的PANI纳米棒构成,该PANI纳米棒长度大约100nm直径大约为20nm;另外,大部分球有一个孔。(3)自组装合成超疏水PANI片状多级结构:采用低表面能的PFOA与苯胺反应形成PFOA/苯胺盐后形成胶束,该胶束指导合成PANI微/纳米结构。当PFOA浓度为0.0024mol/L,聚合温度为25℃,氧化剂APS的量与苯胺相同;当苯胺浓度为0.022mol/L,合成的PANI为几十微米宽大约为2-5μm的片状结构,该片状结构表面由长大约1μm的PANI纤维组成;当苯胺浓度为0.044mol/L,合成的PANI长为20μm左右宽大约为2-3μm的片状结构,该片表面布满短而粗的不规整纤维,并且发现它们的水接触角分别为149°和151°。另外,PANI的XRD图在2θ=6.2°处的尖峰,说明产物具有较好的有序结构。
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