导电高分子新型纳微米结构合成与性能研究

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1、导电高分子新型纳／微米结构合成与性能研究摘要导电高分子聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy)纳／微米结构兼具有机导体和纳米结构的优点，使其在分子导线、化学传感、气体分离膜等方面有广泛的应用前景，因此，制备形貌可控的、多样的导电高分子纳米材料就显得非常重要。本文采用化学氧化聚合的方法，利用硝酸掺杂制备了片状PANI高取向纳米纤维阵列结构；利用硫酸掺杂制备了环状PANI纳米纤维结构；利用硝酸掺杂了制备了片状PPy双层纳米线网络结构：另外，在无机酸(磷酸)、有机酸(苯甲酸、乙酸)和无酸掺杂条件下，分别制备了形貌规整的PP)，纳米线；同时研究了各种纳米

2、结构的影响因素、形成机理以及性能。主要研究结果如下：(1)在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在的条件下，分别以硝酸和硫酸为掺杂剂，采用化学氧化聚合，合成了由直径为30nin，长度约达100姗的PANI纳米纤维阵列构筑而成的长度达几十微米的片状PANI高取向纳米纤维阵列结构和直径达700mn的环状PANI纳米纤维结构。研究结果表明：酸的浓度在合成新型形貌结构中起到重要作用，硝酸与硫酸浓度分别在0．60．1．8M和0．18．1．2M范围内时均可得到片状PANI高取向纳米纤维阵列与环状PANI纳米纤维结构；CTAB的存在是一必要条件，在硝酸与硫酸

3、掺杂体系中，CTAB浓度分别在0．010．0．035M和0．0055．0．033M范围时均可制备上述两种具新型形貌结构的PANI；苯胺单体浓度分别在0．020．0．080M和0．015．0．067M范围时对片状PANI高取向纳米纤维阵列与环状PANI纳米纤维结构影响较小，但随着单体浓度的升高，纳米纤维结构排列更紧密；同时发现，T=O℃为最适宜的温度。XRD结果表明由硝酸和硫酸分别掺杂制备的新型形貌结构PANI均具较好的结晶性；原子吸收测试结果表明新型形貌结构PANI对Pb2+具较高的吸附能力，分别可达至U360mg／g和325mg／g。(2)

4、在CTAB存在的条件下，以硝酸为掺杂剂，化学氧化聚合制备了平均长度达几十微米的片状PPy双层纳米线网络结构，该片状PPy具光滑的表面和清晰的外边缘，纳米线相互连接形成较疏松的网状结构，长度在0．5-1gm左右，直径约70nnl。研究结果表明：硝酸在合成片状PPy纳米线网络结构中起着重要的作用，硝酸浓度为0．5．2．0M时有利于合成规整的片状PPy纳米线双层网络形貌结构，硝酸浓度过高或过低均只能得至UPPy纳米线；聚合温度为15。C，吡咯和CTAB浓度分别在0．01．0．023M和0．01—0．021M范围内时，均可得到由纳米线网络组成的规整片

5、状结构；然而，盐酸与硫酸均不适宜制备片状PPy纳米线网络结构。该结构的形成可能是三方面因素共同作用的结果：硝酸充当氧化剂作用，将吡咯氧化成预聚体；CTAB作为软模板起到合成纳米线作用：同时N03"又可提高CTAB的堆积参数使形成片状结构。XRD结果表明片状PPy纳米结构分子链规整有序，其结Ⅱ硕十学位论文晶性要好于在无酸条件下得到的纳米线。(3)通过固定吡咯浓度，使用阳离子表面活性剂CTAB为软模板，分别在无酸、无机酸(磷酸)、有机酸(苯甲酸、乙酸)掺杂条件下制备了形貌规整的PPy纳米线，并且分别系统地讨论了在无机酸(磷酸)和有机酸(苯甲酸)掺

6、杂体系下CTAB和酸的浓度、温度等因素对PPy纳米线形貌的影响，同时分别得到了在有酸和无酸掺杂条件下制备PPy纳米线的适宜条件，并提出了可能的形成机理。同时在合成PPy纳米线的基础上，系统的讨论了酸的种类、CTAB和酸浓度、温度等各因素对PPy纳米线热稳定性的影响，研究结果表明酸的种类对PPy纳米线的热稳性影响较大，无机酸(磷酸)以及含刚性基团的有机酸(苯甲酸)掺杂制备的PPy纳米线热稳定性较高。聚合温度对所制备的PPy纳米线热稳定性有一定的影响，当聚合温度降低时，苯甲酸掺杂制备的PPy纳米线热稳定性能有所降低。酸和表面活性剂CTAB的浓度对

7、PPy纳米线的热稳性影响较小。关键词：导电高分子；聚苯胺：聚吡咯；纳米结构；吸附性：热稳定性；酸掺杂；软模板III导电高分子新型纳／微米结构合成与性能研究AbstractThenanostructuredconductingpolymers，suchaspolyaniline(PANI)andpolypyrrole(PPy)，havebroadapplicationsinconductingmolecularwires，chemicalsensors(suchasactuators)，andgas—separationmembranes，et

8、c，duetotheadvantagesofbothorganicconductorsandnanostructures．Thus，itisimportanttof