聚吡咯的研究进展

《聚吡咯的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、摘要:1关键词:1引言11．PPy的掺杂机理与链结构11.1电荷转移机理21.2质子酸机理22.PPy的制备及其影响电导率的因素32.1电化学合成法32.1.1掺杂剂32.1.2介质的选择32.1.3反应体系的理化性质42.2化学氧化法43聚吡咯的性能改进4聚吡咯与纳米材料的复合53.2聚吡咯与其他聚合物的复合53.33-取代聚吡咯的合成53.4聚吡咯纳米线(管)的合成63.5多功能性聚吡咯复合膜64结束语7参考文献78导电高分子材料聚吡咯的研究进展学生姓名：魏灿学号：20095052040化学化工学院（系）应用化学专业指导

2、教师：方林霞职称：副教授摘要:对国内外近几十年来在聚吡咯结构、导电机理、制备方法及其性能改进方面的研究进行了综述，提出了今后研究思路。关键词:聚吡咯；导电性；掺杂；多功能性；复合膜引言导电聚合物是20世纪70年代发展起来的一个新的研究领域，在化学电源的电极材料、修饰电极和酶电极、电色显示等方面有着广阔的应用前景，其中具有共轭双键的导电高分子聚吡咯由于合成方便、抗氧化性能好，与其他导电高分子相比，因具有电导率较高、易成膜、柔软、无毒等优点而日益受到人们关注。聚吡咯具有较高的电导率与良好的环境稳定性,被视为继聚苯胺之后最有工业化

3、应用前景的导电高分子材料之一。聚吡咯与常规聚合物基体如聚乙烯醇、聚氯乙烯等形成的复合膜不仅可以综合聚吡咯奇异的多功能性与常规聚合物的易成膜性和低成本性于一体,而且可望发挥两者的协同效应,从而大大拓宽其应用领域。该研已经成为导电聚合物研究领域中的又一新热点。聚吡咯复合膜具有广泛可调的电导率、快速的电学响应性以及稳定的电致变色性等多种功能,在透明导电膜、化学传感器、生物分离膜、电致变色膜领域具有诱人的应用前景。[1]1．PPy的掺杂机理与链结构聚吡咯(polypyrrole,PPy)，一种具有广泛应用前景的导电高分子材料。吡咯(

4、Py)单体在氧化剂的存在下能比较迅速地氧化聚合成PPy，但纯PPy即不经过掺杂时其导电性较差，只有经过合适掺杂剂掺杂后才能表现出较好的导电性。所谓掺杂就是在共轭聚合物上引入第二组分的掺杂剂，PPy常用的掺杂剂有金属盐类如FeCl3，卤素如I2、Br2，质子酸如H2SO4及路易斯酸如BF3等。不同种类的掺杂剂对PPy掺杂以形成高导电性的机理不同，一般分为电荷转移机理和质子酸机理。1.1电荷转移机理大部分具有氧化性的掺杂剂，其掺杂过程可以用电荷转移机理来解释。按此机理掺杂时，聚合物链给出电子，掺杂剂被还原成掺杂剂离子，然后此离子

5、与聚合物链形成复合物以保持电中性[2]。这种复合物称为给体(D)和受体(A)复合物，其形成过程可用式(1)表示：D+A←→Dδ＋……Aδ-←→D＋……A-(1)由于复合物的电导率比单独的给体或受体的电导率都高很多，因此掺杂后共轭聚合物的电导率显著提高。E.T.Kang等人[3]在室温下于水溶液中制备PPy-I2复合物，用紫外光谱、红外光谱及差热分析等手段表征了复合物的结构，碘在复合体系中以I-、I3-及I5-8等形式存在，同时也存在少量游离的I2。研究表明：掺杂剂的各种存在形式在外界条件变化时将发生变化。游离的I2因时间的延

6、长或介质(如酸、碱、空气)等的作用将不断往体系外转移，因此导电聚合物经长时间放置后会出现电导率下降以致消失的现象。在以金属盐类为氧化剂制备PPy的反应中，其阴离子如FeCl3中的Cl-往往可直接成为聚吡咯的掺杂剂。据文献[4]报道，以FeCl3为氧化剂制备PPy，反应按式(2)进行，并通过电荷转移形成复合物。此时PPy的链结构即为一般的氧化掺杂结构，如图1(a)。1.2质子酸机理对以质子酸或一些非氧化性路易斯酸为掺杂剂的掺杂，其过程一般按质子酸机理进行。所谓质子酸机理，即高聚物链与掺杂剂之间无电子的迁移，而是掺杂剂的质子附加

7、于主链的碳原子上，质子所带电荷在一段共轭链上延展开来，如式(3)所示[5]。但是，并非所有的质子酸掺杂剂都按质子酸机理进行掺杂。如有的掺杂后经XPS及SEM等方法证明[3]，它是按电荷转移机理进行掺杂的。因此，对于一些有较强氧化性的质子酸掺杂是否一定是质子酸机理，尚待进一步证明。质子酸机理下PPy的链结构即为质子酸掺杂结构[6](见图1b)，这种结构是在吡咯单元的β－C上发生质子化，质子所带的正电荷转移到聚吡咯主链上并伴随对阴离子掺杂。根据还原态吸收光谱，推算出的共轭链长度为4~5个吡咯单元[7]。2.PPy的制备及其影响电

8、导率的因素目前，PPy导电高分子材料的制备主要有2种方法：电化学合成法和化学氧化法。其中，化学氧化法得到的一般为粉末样品，而电化学合成法则可直接得到导电PPy薄膜。2.1电化学合成法电化学合成法是通过控制电化学氧化聚合条件(含吡咯单体的电解液、支持电解质和溶剂、聚合电位、电流和温度等)，在