聚苯胺基导电聚合物的电化学制备及其性质研究

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本文首先综述了导电聚合物的研究进展,主要对目前研究最广泛的聚苯胺(PAn)的制备、化学物理特性、应用及发展趋势进行了较为系统的论述。PAn虽有其他导电聚合物不可替代的优点,但本身也存在一些缺陷,如易降解,不易加工等。因此,改进、提高PAn的结构与特性,使其更适合实际应用是目前导电聚合物研究的主要方向之一。结构改性、修饰、掺杂或者与其他材料共混是改善PAn特性的常用方法。本论文主要采取对PAn的分子链加以修饰和用多壁碳纳米管(MWNTs)进行掺杂,来改变PAn的结构或性能。 在PAn的主分子链中引入O-C-C-O键,即合成新的苯胺衍生物单体--2,2-二氨基二缩三乙醇苯酚醚()(DATGPE),然后在ITO电极上通过循环伏安法合成聚合物膜(PDATGPE),考察了电解质类型、pH和电位对聚合过程的影响,并初步探讨了PDATGPE的电化学稳定性及其对氢离子(H+)的响应特性。实验结果表明:DATGPE在乙腈/水溶液中,与HCl的浓度比为1∶3,电位扫描在-0.2~1.0V时,能发生较快速的聚合反应,生成性能良好的导电聚合物膜。该膜在HCl空白溶液中有较好的电化学稳定性,且对H+呈现良好的能斯特响应。 探讨了MWNTs掺杂对PAn特性的影响,为使MWNTs在PAn中分布更加均匀,聚合前,采用微波辐射产生的高能量使MWNTs溶解于苯胺。利用紫外-可见吸收光谱、透射电镜、拉曼光谱和电化学手段对溶解后的MWNTs-苯胺溶液作了研究,结果发现高能量的微波辐射能使MWNTs快速、有效的溶解于苯胺,而对它们的结构没有造成明显的破坏。 在MWNTs-苯胺的乙醇/水(体积比为1∶1)溶液中(H2SO4作支持电解质),采用原位电化学聚合法制得PAn/MWNTs复合膜,研究了少量的MWNTs对PAn的电化学合成过程及其电化学性质和光谱学性质的影响。结果表明:少量的MWNTs能抑制苯胺的电化学聚合,同时也抑制了PAn的电化学降解,且抑制程度随着MWNTs量的加大而加大。可能由于苯胺分子、聚苯胺分子与MWNTs之间通过范德华力、给电子与吸电子的相互作用以及苯胺、聚苯胺分子中的氨基与MWNTs表面的羧基(-COOH)的相互作用,使两者形成比较稳定的复合物而减缓了电化学反应的进行。 XRD及红外光谱显示,少量的MWNTs的掺杂没有影响PAn的分子链和结构,但使PAn的紫外-可见吸收光谱(UV-vis)和荧光发射光谱发生蓝移,同时荧光强度增强。这是因为MWNTs降低了PAn分子链上的共轭程度,表现在UV-vis吸收上,吸收峰发生蓝移;同时,经过浓硝酸处理的MWNTs的长度变短,而且有更多的缺陷捕获激发的光的能量,从而使PAn的荧光谱峰向短波方向移动,且荧光发射强度增强。
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