导电聚合物及金属有机框架复合材料的制备与表征

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1、密级：公开中图分类号：O632硕士学位论文导电聚合物及金属有机框架复合材料的制备与表征研究生：王会锋导师：田俐教授学科：化学研究方向：无机化学2018年5月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterPreparationandCharacterizationofConductivePolymersandMetal-OrganicFrameworksCompositesCandidate：WangHuifengSupervisorandRank：TianLi导电聚合物及金属有机框架复合材料的制备与表征学位类型学术

2、型学位作者姓名王会锋作者学号15010601011学科（专业学位类别)化学研究方向（专业领域)无机化学导师姓名及职称田俐教授实践导师姓名及职称所在学院化学化工学院论文提交日期2018年5月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学

3、校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要常见的导电聚合物有聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩等导电高分子。导电聚合物自身存在长链的共轭结构，可以提供导电载流子，具有良好的电荷传输能力。经过掺杂后的聚合物，导电率可以得到几个数量级的提高，在超级电容器、传感器、太阳能电池和导电复合材

4、料等方面有着广泛的应用前景。最近的研究表明，导电聚合物的存在状态与其性能有着密切联系，因此制备特定存在状态的导电聚合物对其性能的提高有非常重要的意义。因电子传输而导电的金属有机框架材料（MOFs）少之又少，因此可以利用MOFs的多孔性，在其纳米孔道内合成导电聚合物，来提高其导电性。本文以MOFs为模板，采用化学氧化法，在其高度有序的纳米孔道内合成了导电聚吡咯和聚噻吩类聚合物，并对制备的导电聚合物及MOFs复合材料进行了一系列表征和性能探究。首先，通过化学氧化法，分别在Cu-BTC的三维孔道和In-BDC的一维孔道内合成了聚吡咯（PPy）链，

5、成功制备了PPy@Cu-BTC复合材料和PPy@In-BDC复合材料。-5结果表明：制得的PPy@Cu-BTC复合材料，经线性扫描测试并计算，其电导率为9.8×10-12S/cm。相比于Cu-BTC模板（约为10S/cm）和溶液中合成的块状聚吡咯（BulkPPy）-8的电导率（约为10S/cm），PPy@Cu-BTC复合材料的电导率至少提高了四个数量级。同样，在In-BDC一维孔道内合成了PPy，制得了PPy@In-BDC复合材料，其电导率达-57.2×10S/cm，明显高于In-BDC模板和块状聚吡咯的导电性。由此可见，无论是在MOF的一

6、维孔道还是三维孔道内，通过电子转移或者与孔壁的π电子相互作用可将聚吡咯长链封装在MOF纳米孔道内。在外界电场的作用下，电子沿着纳米孔道内的聚吡咯长链传递，这就使得相比于溶液中合成的块状聚吡咯，PPy@MOF复合材料的导电性得到了很大程度地提高。两种PPy@MOF复合材料经碱溶液处理除掉模板后，分离得到的聚吡咯均具有多孔性，并且和块状聚吡咯相比，两种多孔聚吡咯对二氧化碳（CO2）的吸附能力至少提高了一倍。其次，我们分别采用具有一维孔道的In-BDC和三维孔道的MIL-101为模板，并分别在其孔道内实现了3,4-二乙烯基二氧噻吩（EDOT）单体

7、的氧化聚合，经过X射线粉末衍射、扫描电镜、热失重、N2吸附及红外分析表明，成功地制备了PEDOT@In-BDC和PEDOT@MIL-101两种复合材料。经线性扫描测试，PEDOT@In-BDC的电导率达-52.7×10S/cm，和功能性材料In-BDC模板相比，复合材料的电导率至少有六个数量级-5的提高。PEDOT@MIL-101复合材料的电导率为2.8×10S/cm。结果表明，无论是在一维还是三维孔道的MOF内合成PEDOT链，得到的PEDOT@MOF复合材料的导电性相一致。由于MOF模板的绝缘性，PEDOT@In-BDC和PEDOT@M

8、IL-101复合材料均是基于PEDOT而具有导电性的一类新型半导体材料。i最后，以多孔材料CYCU-3为模板，在其纳米孔道内实现了吡咯（Py）的化学氧化聚合，得到了具有多孔性和导