有機(jī)酸控制合成聚苯胺納-微米結(jié)構(gòu).pdf

1、隨著納米技術(shù)的發(fā)展,導(dǎo)電高分子在化學(xué)傳感器、生物傳感器、光電子器件、發(fā)光二極管等方面的應(yīng)用引起了人們廣泛的興趣。聚苯胺(PANI)由于其固有的優(yōu)越性能,包括良好的穩(wěn)定性、可調(diào)的光學(xué)、電學(xué)性能等,成為最有前途的導(dǎo)電聚合物之一。制備納/微米結(jié)構(gòu)。PANI常有“硬模板”、“軟模板”、“無模板”等方法。本論文討論了利用高濃度丙酸溶液控制溶液的pH變化,合成形貌可控的納/微米結(jié)構(gòu)PANI,并研究其形成機(jī)理。同時(shí),還討論了低濃度不同鏈長的有機(jī)酸溶液

2、對(duì)形成PANI一維納米結(jié)構(gòu)的影響。另外,還探討了高濃度丙酸溶液中,高分子非離子表面活性劑F108對(duì)合成PANI微球的影響。主要結(jié)論如下:
　　 (1)在高濃度丙酸溶液中氧化聚合苯胺,產(chǎn)物形貌變化明顯分為三個(gè)階段:首先苯胺低聚物組裝成片狀結(jié)構(gòu),然后苯胺低聚物組裝成微球狀或稻草束狀PANI,最后形成PANI高聚物納米粒子或納米纖維。通過跟蹤溶液pH變化發(fā)現(xiàn),高濃度的丙酸溶液能起到“緩沖作用”,減慢苯胺的聚合速度,并有利于PANI低聚

3、物微/納米結(jié)構(gòu)的形成。攪拌與否對(duì)產(chǎn)物的形貌也有較大的影響:攪拌有利于第二階段形成PANI微球,但第三階段時(shí)將導(dǎo)致PANI微球破裂；不攪拌時(shí)第二階段形成稻草束狀PANI,且第三階段時(shí)仍能保持稻草束狀。GPC結(jié)果表明第一、二階段產(chǎn)物主要由PANI低聚物組成。紅外光譜分析表明一、二階段產(chǎn)物中存在較強(qiáng)的分子間氫鍵,我們認(rèn)為這可能是形成PANI微球的主要驅(qū)動(dòng)力之一。紫外.可見光譜分析表明所得產(chǎn)物為高氧化態(tài)的PANI。通過熱失重分析,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物的熱穩(wěn)

4、定性隨反應(yīng)時(shí)間增加而提高。
　　 (2)在不同鏈長的有機(jī)酸溶液中合成了不同納米結(jié)構(gòu)的PANI。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)甲酸/苯胺摩爾比在0.2-1.0時(shí)均能形成PANI納米纖維和納米粒子,但較難以形成納米管；當(dāng)乙酸/苯胺摩爾比在0.2-1.0時(shí)均能形成PANI納米纖維及納米管,但當(dāng)乙酸/苯胺摩爾比大于2.0時(shí),很少有PANI納米管產(chǎn)生；而在丁酸溶液中,丁酸/苯胺摩爾比為2.0時(shí)仍然能得到PANI納米纖維及納米管。結(jié)果表明,有機(jī)酸鏈長影響PA

5、NI納米結(jié)構(gòu)的形成,隨有機(jī)酸鏈長增加,更易形成PANI納米管。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)苯胺濃度為0.1 M,丁酸為0.05 M,過硫酸銨為0.2 M時(shí),能夠制備大量規(guī)整的PANI納米纖維和納米管。通過對(duì)不同有機(jī)酸所得產(chǎn)物的紅外吸收光譜和熱失重分析,發(fā)現(xiàn)不同有機(jī)酸溶液中合成的PANI分子結(jié)構(gòu)相同、所得PANI熱穩(wěn)定性隨有機(jī)酸鏈長增長而有所提高。我們認(rèn)為有機(jī)酸分子形成的球形膠束在pH下降到2.0以下后能聚集成一維膠束,苯胺陽離子或苯胺分子以此膠束

6、為“模極”形成不同結(jié)構(gòu)的PANI納米管。
　　 (3)在兩親性三嵌段共聚物F108的丙酸溶液中成功地合成了形貌規(guī)整的PANI微球。討論了實(shí)驗(yàn)配方中試劑濃度、反應(yīng)溫度及表面活性劑種類對(duì)形成PANI納米結(jié)構(gòu)的影響。通過比較發(fā)現(xiàn),丙酸濃度與苯胺濃度較高時(shí)有利于形成PANI微球,升高溫度不利于PANI微球的形成；使用陽離子表面活性劑CTAB只能得到片狀PANI,說明F108對(duì)形成PANI微球有明顯的影響。此外,紅外光譜分析表明不同反應(yīng)時(shí)