聚噻吩-碳復(fù)合材料的化學(xué)氧化法制備及導(dǎo)電性能的研究.pdf

1、聚噻吩作為一種有機高分子導(dǎo)電聚合物，具有易制備、柔韌性好等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于太陽能電池、超級電容器等領(lǐng)域。噻吩聚合過程中，制備條件會影響其結(jié)構(gòu)，進而影響其導(dǎo)電性能。此外，聚噻吩是有機高分子，其熱穩(wěn)定性有待提高。與其相比，碳納米管和石墨烯具有較好的導(dǎo)電性能和熱穩(wěn)定性，但其價格較高，因此制備導(dǎo)電性能較好的聚噻吩，并將其與碳納米管和石墨烯進行復(fù)合，使復(fù)合材料既能達到上述碳材料的導(dǎo)電水平，又能降低碳材料的用量，從而降低碳材料應(yīng)用時的成本，具有較

2、為重要的經(jīng)濟價值和實用價值。
　　基于此，本文采用化學(xué)氧化聚合法制得了聚噻吩（PTh)，考察了噻吩濃度、反應(yīng)時間、氧化劑與噻吩摩爾比、反應(yīng)溫度、后處理方式對聚噻吩結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能的影響。在此基礎(chǔ)上，將優(yōu)選出的導(dǎo)電性能較好的PTh分別與碳納米管(MWCNTs)和石墨烯（rGO)進行了復(fù)合。采用高阻計、電化學(xué)工作站、熱重分析儀對樣品的電導(dǎo)率和熱分解溫度進行了測定，采用傅里葉變換紅外光譜儀、紫外-可見漫反射光譜儀、掃描電鏡對樣品的結(jié)構(gòu)進行

3、了表征。主要得到了以下研究結(jié)果：
　　(1)上述制備條件均會影響聚噻吩的聚合程度和連接方式，進而影響其電導(dǎo)率。當(dāng)噻吩濃度由0.05mol/L增至0.20mol/L時，樣品電導(dǎo)率從10-13S/m增至10_8S/m；反應(yīng)時間為3h所得樣品的電導(dǎo)率最大，為10-10S/m；當(dāng)反應(yīng)溫度在0?-32℃時，其電導(dǎo)率均在10-13S/m數(shù)量級；氧化劑與噻吩摩爾比n(FeCl3yn(Th)的增大會使其電導(dǎo)率增加(10-13?10-10S/m)；

4、反應(yīng)結(jié)束后直接對反應(yīng)物進行過濾洗滌得到的樣品比室溫揮發(fā)完溶劑再洗滌得到樣品的電導(dǎo)率高五個數(shù)量級。綜合聚噻吩的電導(dǎo)率和原料成本，選定噻吩濃度為0.10mol/L、反應(yīng)時間為3h、反應(yīng)溫度為0℃、n(FeC13)/n(Th)=2，對反應(yīng)物直接過濾洗滌為最佳制備條件，該條件下所得聚噻吩樣品的電導(dǎo)率高達2.49x108S/m。此外，聚噻吩鏈中α-α連接的噻吩越多，聚合度越小，其電導(dǎo)率越好。在不同形貌的聚噻吩中，其導(dǎo)電性能大小順序為：花狀結(jié)構(gòu)>片

5、層結(jié)構(gòu)>微球狀結(jié)構(gòu)>無序堆積結(jié)構(gòu)。
　　(2)聚噻吩/碳納米管復(fù)合材料（PTh/MWCNTs)中，當(dāng)碳納米管與噻吩投料量比例低于7.5％時，MWCNTs直接穿插進聚噻吩團聚堆積結(jié)構(gòu)，主要以交叉結(jié)構(gòu)存在；當(dāng)碳納米管與噻吩投料量比例介于7.5%與50%之間時，PTh主要在MWCNTs外壁上生長，形成PTh包裹MWCNTs的核殼管式結(jié)構(gòu)。此外，MWCNTs可與PTh發(fā)生π-π相互作用，形成電子轉(zhuǎn)移復(fù)合材料，從而使其有效共軛程度提高，進而

6、改善PTh的導(dǎo)電性能和熱穩(wěn)定性能。
　　(3)聚噻吩/石墨烯復(fù)合材料（PTh/rGO)制備過程中，當(dāng)石墨烯與噻吩投加量比例不高于5%時，隨其投加量的增加，PTh/rGO的電導(dǎo)率逐漸增加。石墨烯的加入可以有效提高聚噻吩的熱穩(wěn)定性能。PTh/rGO與PTh/MWCNTs相比，其熱穩(wěn)定性能提高較明顯，并且其電導(dǎo)率在石墨烯與噻吩投加量比例為4%的條件下即可高于10-3s/m,這可能是由于實驗中所用的相同質(zhì)量的rGO比MWCNTs具有更大的