導(dǎo)電高分子新型納-微米結(jié)構(gòu)合成與性能研究.pdf

1、導(dǎo)電高分子聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy)納/微米結(jié)構(gòu)兼具有機(jī)導(dǎo)體和納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使其在分子導(dǎo)線、化學(xué)傳感、氣體分離膜等方面有廣泛的應(yīng)用前景，因此，制備形貌可控的、多樣的導(dǎo)電高分子納米材料就顯得非常重要。本文采用化學(xué)氧化聚合的方法，利用硝酸摻雜制備了片狀PANI高取向納米纖維陣列結(jié)構(gòu)；利用硫酸摻雜制備了環(huán)狀PANI納米纖維結(jié)構(gòu)；利用硝酸摻雜了制備了片狀PPy雙層納米線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：另外，在無(wú)機(jī)酸(磷酸)、有機(jī)酸(苯甲酸、乙酸)和無(wú)酸摻

2、雜條件下，分別制備了形貌規(guī)整的PPy納米線；同時(shí)研究了各種納米結(jié)構(gòu)的影響因素、形成機(jī)理以及性能。主要研究結(jié)果如下： (1)在十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)存在的條件下，分別以硝酸和硫酸為摻雜劑，采用化學(xué)氧化聚合，合成了由直徑為30nm，長(zhǎng)度約達(dá)100nm的PANI納米纖維陣列構(gòu)筑而成的長(zhǎng)度達(dá)幾十微米的片狀PANI高取向納米纖維陣列結(jié)構(gòu)和直徑達(dá)700nm的環(huán)狀PANI納米纖維結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明：酸的濃度在合成新型形貌結(jié)構(gòu)中起到重

3、要作用，硝酸與硫酸濃度分別在0.60-1.8M和0.18-1.2M范圍內(nèi)時(shí)均可得到片狀PANI高取向納米纖維陣列與環(huán)狀PANI納米纖維結(jié)構(gòu)：CTAB的存在是-必要條件，在硝酸與硫酸摻雜體系中，CTAB濃度分別在0.010-0.035M和0.0055-0.033M范圍時(shí)均可制備上述兩種具新型形貌結(jié)構(gòu)的PANI;苯胺單體濃度分別在0.020-0.080M和0.015-0.067M范圍時(shí)對(duì)片狀PANI高取向納米纖維陣列與環(huán)狀PANI納米纖維結(jié)

4、構(gòu)影響較小，但隨著單體濃度的升高，納米纖維結(jié)構(gòu)排列更緊密；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，T=O℃為最適宜的溫度。XRD結(jié)果表明由硝酸和硫酸分別摻雜制備的新型形貌結(jié)構(gòu)PANI均具較好的結(jié)晶性；原子吸收測(cè)試結(jié)果表明新型形貌結(jié)構(gòu)PANI對(duì)Pb2+具較高的吸附能力，分別可達(dá)到360mg/g和325mg/g。 (2)在CTAB存在的條件下，以硝酸為摻雜劑，化學(xué)氧化聚合制備了平均長(zhǎng)度達(dá)幾十微米的片狀PPy雙層納米線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該片狀PPy具光滑的表面和清晰的外邊

5、緣，納米線相互連接形成較疏松的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度在0.5-1μm左右，直徑約70nm。研究結(jié)果表明：硝酸在合成片狀PPy納米線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中起著重要的作用，硝酸濃度為0.5-2.0M時(shí)有利于合成規(guī)整的片狀PPy納米線雙層網(wǎng)絡(luò)形貌結(jié)構(gòu)，硝酸濃度過(guò)高或過(guò)低均只能得到PPy納米線；聚合溫度為15℃，吡咯和CTAB濃度分別在0.01-0.023M和0.01-0.021M范圍內(nèi)時(shí)，均可得到由納米線網(wǎng)絡(luò)組成的規(guī)整片狀結(jié)構(gòu)；然而，鹽酸與硫酸均不適宜制備片狀P

6、Py納米線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的形成可能是三方面因素共同作用的結(jié)果：硝酸充當(dāng)氧化劑作用，將吡咯氧化成預(yù)聚體；CTAB作為軟模板起到合成納米線作用：同時(shí)N03-又可提高CTAB的堆積參數(shù)使形成片狀結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果表明片狀PPy納米結(jié)構(gòu)分子鏈規(guī)整有序，其結(jié) (3)通過(guò)固定吡咯濃度，使用陽(yáng)離子表面活性劑CTAB為軟模板，分別在無(wú)酸、無(wú)機(jī)酸(磷酸)、有機(jī)酸(苯甲酸、乙酸)摻雜條件下制備了形貌規(guī)整的PPy納米線，并且分別系統(tǒng)地討論了在無(wú)機(jī)酸(

7、磷酸)和有機(jī)酸(苯甲酸)摻雜體系下CTAB和酸的濃度、溫度等因素對(duì)PPy納米線形貌的影響，同時(shí)分別得到了在有酸和無(wú)酸摻雜條件下制備PPy納米線的適宜條件，并提出了可能的形成機(jī)理。同時(shí)在合成PPy納米線的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的討論了酸的種類、CTAB和酸濃度、溫度等各因素對(duì)PPy納米線熱穩(wěn)定性的影響，研究結(jié)果表明酸的種類對(duì)PPy納米線的熱穩(wěn)性影響較大，無(wú)機(jī)酸(磷酸)以及含剛性基團(tuán)的有機(jī)酸(苯甲酸)摻雜制備的PPy納米線熱穩(wěn)定性較高。聚合溫度對(duì)所制