聚苯胺纳米结构的合成与形成机理研究

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1、青岛科技大学研究生学位论文聚苯胺纳米结构的合成与形成机理研究摘要在众多的导电聚合物中，聚苯胺的电学和光学性能随着简单的酸碱掺杂／解掺杂而改变的性质是非常独特的。近年来，聚苯胺纳米结构具有低维系统和有机导体的双重优势，在分子导线、气体分离膜、发光二极管、生物传感器、化学传感器等领域具有广泛的应用。本文采用苯胺化学氧化聚合制备了低维聚苯胺纳米结构，研究了反应条件对其分子结构、尺寸和形状的影响，并初步探讨了聚苯胺纳米结构的形成机理。主要结果如下：(1)通过过硫酸铵引发苯胺进行化学氧化聚合制备了聚苯胺纳米盘，纳米盘的厚度和侧维尺寸分

2、别为20-30nln和1_21．tm，这些纳米盘相互交叉组装成花状纳米结构，并研究了反应条件对聚苯胺纳米结构形状演化的影响。研究发现，随着过硫酸铵浓度的提高，聚苯胺产物逐渐由纳米盘转变成纳米纤维和纳米管；当体系pH值为4和12时，产物分别为分散的纳米盘和纳米盘组装成的球状结构。IR光谱表明反应过程中形成的吩嗪结构自组装对聚苯胺纳米盘的形成起重要的作用。(2)以过硫酸铵为氧化剂通过问氨基苯磺酸和苯胺进行化学氧化共聚合制备了自掺杂的聚苯胺微／纳米空心结构，如空心微球、空心串珠、纳米管等。研究发现，当间氨基苯磺酸和苯胺的摩尔比为1

3、：1时，产物为大量的自掺杂聚苯胺空心微球；当间氨基苯磺酸和苯胺的摩尔比降低到1：2时，产物为大量的空心串珠；当过硫酸铵与单体的摩尔比大于l：1时，产物为大量的直径非常均一的纳米管和纳米纤维。FTIR光谱可以证实S03-基团已成功的键合到聚苯胺的分子链上，说明产物为苯胺和间氨基苯磺酸的共聚物。空心结构的形成与苯胺和间氨基苯磺酸在反应初期形成的低聚物有关。(3)用十六烷基三甲基溴化铵为结构指导剂，通过苯胺和间氨基苯磺酸化学氧化共聚合制备了大批量的自掺杂聚苯胺纳米纤维，纳米纤维的直径为60-70nln，长度达数十微米。研究表明十六

4、烷基三甲基溴化铵的浓度、pH值对产物形貌的有重要的影响，随着十六烷基三甲基溴化铵浓度的提高，纳米纤维的直径逐渐降低，且其表面变得粗糙。在没有掺杂酸的情况下，产物的主体是纳米颗粒的团聚体，仅有非常少量的纳米纤维。(4)无表面活性剂的条件下，利用过氧钒酸引发苯胺进行聚合反应制备了聚苯胺／氧化钒杂化纳米结构，这种结构是由纳米片或纳米带等组装而成的。纳米聚苯胺纳米结构的合成与形成机理研究结构的形貌与反应时间、温度和介质有关。在反应的初始阶段，产物为纳米片，随着反应时间的延长，纳米片的厚度和排列的密集度逐渐增加，且逐步组装成花球状结构

5、；反应温度较低时，产物为纳米带结构。过氧钒酸作为氧化剂对于聚苯胺／氧化钒纳米结构的形成起了重要的作用，并提出了一步沉淀．插层．自组装的反应机制。关键词：聚苯胺自掺杂纳米片纳米纤维空心微球纳米管IISYNTHESISANDFORMATIoNMECHANISMoFPoIⅣANILINENANOSTRUCTURESABSTRACTAmongthefamilyofconductingpolymers，polyanilineisuniquebecauseitselectricalandopticalpropertiesCanbetun

6、edbyasimpleaciddoping／basededopingprocess．Inrecentyears，polyanilinenanostructurespossessdualadvantagesofboth10W．dimensionalsystemandorganicconductors，whichhavebeenwidelyusedinavarietyoffields，suchasmolecularconductingwires，gasseparationmembranes，luminescentdiodes，b

7、iosensors，andchemicalsensors．Inthethesis，polyanilinenanostructureshavebeenfabricatedbychemicaloxidativepolymerizationofaniline．Theinfluencesofreactionparametersonthemolecularstructures，sizes，andmorphologiesofpolyanilinenanostructureshavebeeninvestigated．Theprobable

8、formationmechanismofpolyanilinenanostructureshasbeenproposed．Themainresultsareconcludedasfollows：(1)Polyanilinenanodiskshavebeensynthesizedbychem