聚噻吩-分子篩復(fù)合材料的制備及其導(dǎo)電性能研究.pdf

1、聚噻吩作為一種重要的導(dǎo)電高分子材料，由于其易制備、摻雜后電導(dǎo)率高以及易脫摻雜的特性被廣泛研究，其復(fù)合材料具有很高的潛在應(yīng)用價值。而分子篩作為一種常用的吸附劑和催化劑，熱穩(wěn)定性好，同時具有發(fā)達(dá)規(guī)整的孔結(jié)構(gòu)，易于引入金屬離子。將聚噻吩與分子篩復(fù)合后，分子篩不僅可以均勻地將聚噻吩分散在孔隙中，同時可以在一定程度上提高聚噻吩的電導(dǎo)率。
　　基于此，本文使用原位氧化法首先對聚噻吩的制備條件進(jìn)行了優(yōu)化，并進(jìn)一步合成系列聚噻吩/分子篩復(fù)合材料以

2、及金屬離子交換改性的復(fù)合材料，通過對導(dǎo)電性能的評價，及與其FTIR、XRD、氮吸附、TG、EIS等表征結(jié)果的關(guān)聯(lián)，以期通過調(diào)節(jié)材料制備過程中的操作條件改善聚噻吩和分子篩復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。研究結(jié)果主要包括以下三個方面:
　　(1)在選取的反應(yīng)條件中，n氧化劑/n噻吩、聚合溫度和噻吩濃度對聚噻吩鏈中Cα-Cα連接含量的影響非常顯著，n氧化劑/n噻吩對聚噻吩聚合程度的影響比較顯著，聚合溫度和反應(yīng)時間的交互作用對二者的影響均很小。制備的

3、聚噻吩樣品中，以Cα-Cα連接形式聚噻吩的含量隨氧化劑用量的增加、反應(yīng)時間的延長和噻吩濃度的減小逐漸增加，隨反應(yīng)溫度的升高而先降低后增加;樣品的聚合程度隨反應(yīng)溫度的升高、反應(yīng)時間的延長以及噻吩濃度的降低而逐漸降低，隨氧化劑用量的增加而先增加后減少。優(yōu)選出的最佳制備條件為反應(yīng)溫度為0℃，n氧化劑/n噻吩為4∶1，噻吩濃度為0.10 mol/L，反應(yīng)時間為12 h，在該條件下制備的聚噻吩樣品的噻吩環(huán)之間主要以Cα-Cα方式連接，且聚合程度較

4、好。
　　(2)以噻吩和微孔分子篩(4A、NaY、ZSM-5)、介孔分子篩(MCM-41)、大孔硅膠為原料制備的5種聚噻吩/分子篩樣品中，分子篩與聚噻吩均實(shí)現(xiàn)了好的復(fù)合，噻吩環(huán)之間主要以碳的α-α方式連接。ZSM-5分子篩與聚噻吩復(fù)合后，保持了分子篩的晶體結(jié)構(gòu);4A、NaY與聚噻吩復(fù)合后，氧化劑無水氯化鐵造成了分子篩孔結(jié)構(gòu)的坍塌，從而使得其復(fù)合材料表現(xiàn)為無定型態(tài);聚噻吩與MCM-41以及硅膠復(fù)合后，所得復(fù)合材料也為無定型態(tài)。聚噻吩

5、與4A、ZSM-5、MCM-41分子篩復(fù)合后，其穩(wěn)定性有一定的降低;與NaY分子篩和硅膠復(fù)合后，其穩(wěn)定性基本未發(fā)生變化。聚噻吩與分子篩復(fù)合后，電導(dǎo)率明顯提高，其中4A-PTh的電導(dǎo)率最高，為1.92×10-6 S/cm.
　　(3)以噻吩和Ce3+、Ni2+、Zn2+、Cu2+、Ag+離子交換一次與兩次的4A分子篩為原料制備的樣品中，噻吩環(huán)之間主要以Cα-Cα方式連接，但只有Zn2+兩次交換后的分子篩與聚噻吩復(fù)合所制樣品保持了4A