探究聚苯胺微纳米结构的构建与表征

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1、天津大学博士学位论文聚苯胺微/纳米结构的构建与表征姓名：王俊生申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：张凤宝;王纪孝20090601中文摘要聚苯胺具有许多优良的物理化学性能，有广阔的应用前景。作为一种新型的多功能材料，微／纳米结构的聚苯胺在科学和技术上引起了人们广泛的兴趣，设计简单、有效、可控性强的合成技术构建聚苯胺微／纳米结构已成为该领域的研究热点。本论文围绕聚苯胺微／纳米结构制备方法中存在的问题展开，研究了一系列简单、有效构建多种形貌聚苯胺微／纳米结构的方法，表征了产物聚苯胺的结构，提出了

2、其形成机理。主要的研究内容如下：1．采用非模板化学氧化法，首次在水溶液体系中成功控制合成了聚苯胺纳米片、纳米纤维、纳米颗粒。结果表明，苯胺单体与对甲基苯磺酸之间的摩尔浓度比对聚苯胺纳米形貌有明显影响，通过控制苯胺单体与对甲基苯磺酸之间的摩尔浓度比能够调控聚苯胺的纳米形貌。提出了不同纳米结构聚苯胺的形成机理，并对其化学结构进行了表征。2．以过氧化苯甲酰为氧化剂，首次在乙醇溶液中制备了高纯度的聚苯胺纳米片。结果表明，溶剂的分子结构对聚苯胺纳米形貌有显著影响，当使用乙醇为溶剂时得到高纯度、高疏水性(水

3、测试接触角为1450)的聚苯胺纳米片；使用水为溶剂时所合成的聚苯胺为纳米片及纳米颗粒的混合结构，具有亲水性。苯胺单体与对甲基苯磺酸浓度比对聚苯胺纳米形貌影响显著。3．采用原位氧化聚合法，首次在含有聚乙烯醇的水溶液中将聚苯胺纳米片组装成聚苯胺纳米纤维。提出了聚苯胺纳米纤维的形成机理。结果表明，增加水溶液中苯胺中性分子的含量，降低反应物在溶液中的扩散速度有利于聚苯胺纳米纤维的形成。在聚乙烯醇存在的聚合体系中，聚苯胺的微观形貌受盐酸浓度及温度的影响显著。4．首次采用非模板化学法，通过控制溶剂组成，成功

4、将聚苯胺纳米纤维组装成为海胆状聚苯胺微米球。得到的聚苯胺微米球直径在5．10岬之间，微球表面生长的纤维长度大约为1岬，直径大约30nm，形如“海胆毛刺”。乙醇与水的体积比对聚苯胺微／纳米结构的形成具有明显的影响。分析了在苯胺聚合过程中产物微观形貌以及溶液pH值随时间的变化，提出了海胆状微米球的形成机理。关键词：导电聚合物，聚苯胺，纳米材料，纳米颗粒，纳米纤维，纳米片，微米球ABSTRACTAs锄inherentconductingpoIymer，poIyaniIine(f，ANl)hasattr

5、actedconsiderableattentionbecauseofitsuniquedoping／dedopingprocess，goodopticalandelectricalproperties，aswellasexcellentenVironmentalstabili够．Thedesignandsynthesisof即烈InanostmctlJreshavereceiVedgreatattentioninnanoscience肌dnanotechnologybasedontheirun

6、iquepropertiesandpotential印plications．Therefore，deVelopingafaciIe，efficient，andcontr0IabIeprocesst0constmctPANImicro／nanosn．ucturesisdesirable．TheresearchofthisdissertationisfocusedontheissuesofnewmethodstosynthesizePANlwithVariousmicr0／nanostructure

7、s．ThestmcturesandformationmechanismofPANIn‘cro／nanostructuresarealsoinVestigated．ThemaincontentsareliSted：1．PoIyaniIinenanostⅢctureswithsheet-，fiber-andparticle—likemo叩hologiesaresynthesizedcontrollablelyf’romp-toluenesulfonicacidp-TSA)aqueouss01utio

8、n．TheresultSdemonstratethatthemorphologyofPANInanostmcturcsissignificantlyinfluencedbythemolarratioofanilinetop-TSA．Themo印hoIogyofPANIcanbecontrolledbyadjustingthemolarratioofanilinetop·TSA．Arationalmechanismbasedontheselfassemblyofmicellesisproposed