不同形貌聚吡咯的合成与表征

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聚吡咯(PPy)以其易于合成,电导率高、环境稳定性好、无毒等优点而逐渐发展成为了导电高分子领域的热点研究方向。对于导电高分子材料而言,电导率无疑是衡量其性能的主要技术指标。导电高分子材料的许多实际应用往往也直接取决于其导电能力的优劣,因此非常有必要开展对导电高分子的电导率的调控研究。国内外的研究证实,微观形貌对PPy等导电高分子的电导率具有直接的影响。鉴于此,本文将重点开展具有颗粒状、线状以及从颗粒到薄膜渐变微观形貌的系列PPy的合成、综合表征及导电性研究工作。本文首先以三氯化铁(FeCl3)为氧化剂,乙醇和水为混合溶剂,通过化学氧化法合成了具有颗粒状微观形貌的PPy产物(记为E-PPy)。对于E-PPy的综合表征和研究结果表明:在乙醇和水的体积比(本文简称醇水比)为0:10~7:3的范围内,E-PPy产物的平均粒径随醇水比的增大而逐步减小,产物产量及电导率均随醇水比的增大而表现出先增大后降低的变化规律,且二者都在醇水比为2:8时获得最大值。进一步以过硫酸铵(APS)为氧化剂,乙腈和水为混合溶剂,通过化学氧化法制备了具有从颗粒状到薄膜状渐变微观形貌的的PPy产物(记为A-PPy)。对A-PPy的综合表征和研究结果表明:在腈水比为0:10~7:3的范围内,随着腈水比的增加,产物形貌由颗粒状渐变为颗粒和薄膜状共存微观形貌直至完全成为薄膜状,产物产量及电导率均随腈水比的逐步增大而表现出先增大后降低的变化规律,并最终完全转变为薄膜状微观形貌,且二者都在醇水比为1:9时获得最大值。在上述研究工作的基础上,本文接下来以APS为氧化剂,水为溶剂,并加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂,合成出了具有线状微观形貌的PPy产物(记为C-PPy)。对C-PPy的综合表征及研究结果表明:在n(CTAB)/n(吡咯(Py))为1:2-1:10范围内,CTAB的用量变化不会影响C-PPy产物的分子共轭程度,但会导致C-PPy产物的微观形貌改变。在摩尔比为Py的1/2、1/5和1/10三个CTAB用量下得到的C-PPy产物分别呈现不规整线状结构、规整线状阵列及线片状三种微观形貌,对应产物的电导率的电导率分别为1.21S/cm、2.87S/cm和1.54S/cm。将上述具有规整线状阵列的C-PPy产物(记为C2)的合成温度从0℃升高到25℃后,其微观形貌转变成了均匀分散的颗粒状结构,同时其电导率降低到了1.11S/cm。将C2的合成反应体系的溶剂由纯水改变为体积比为2:8的乙醇/水混合溶剂或体积比为1:9的乙腈/水混合溶剂后,产物的微观形貌均转变为颗粒状和线状共存的不规则结构,其电导率分别降低为0.24S/cm和0.38S/cm。通过本文的研究工作,制备出了分别具有颗粒状、从颗粒到薄膜渐变的微观形貌以及线状阵列结构的E-PPy、A-PPy和C-PPy三类不同微观形貌的PPy产物,并证实了上述PPy产物的微观结构变化会引起产物电导率的改变。
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