镍离子对聚苯胺性能的影响.pdf

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1、22工程塑料应用2010年，第38卷，第7期镍离子对聚苯胺性能的影响吴涛(扬,)l~132业职业技术学院，扬州225127)摘要使用过硫酸铵为氧化剂，在含有适量六水合氯化镍的苯胺与盐酸混合液中合成导电聚苯胺(PANI)。研究了镍离子(Ni)浓度对PANI电导率和结构的影响。结果表明，"-3Ni浓度为0．3mol／dm时，PANI的电导率达到最大值，为5．32S／cm。傅立叶变换红外光谱表明Ni与PANI链之间存在相互作用。透射电子显微镜显示随着Ni浓度的提高，PANI粒子逐渐由棒状结构向球形结构转变。关键词聚苯胺镍离子化学合成导电聚苯胺(P

2、ANI)较多地被应用于锂二次电池的正极材料，其理论比能量可达500Wh／kg，是铅酸电池(184Wh／kg)的数倍，库伦效率也达到95％，且充放电性能好，抗氧化，目前已被制成充放电循环次数达到4000次的二次电池，未来可望用于制备全塑电池。幽1自制四极探针结构易于回收、任意形状、安全可靠、不受资源限制F-FIR仪：Tensor27型，德国布鲁克光谱仪器公的绿色电池是未来的发展方向。而PANI是绿色电司；池的重要材料，因此研究如何制备具有高电导率、良TG分析仪：SDTQ600型，美国TA仪器公司；好加工性能与物理力学性能的PANI对于未来绿色

3、TEM：Tecnai12型，荷兰Philips公司。电池的发展极为重要。PANI通过与一些金属阳离1．3试样制备子的相互作用，能够形成具有较高电导率及特殊物在100cm含有2mol／dm盐酸、0．3mol／dm。理性能的聚合物，因而此方法备受人们的关注。苯胺、0．3mol／dm(NH)：S：O和不同浓度的笔者采用化学氧化法，以苯胺为单体，过硫酸铵NiC1·6H2O溶液中，于30℃下超声反应5h，得到为氧化剂，在不同镍离子(Ni)浓度下于酸性介质PANI。所得产物减压抽滤，滤饼用大量0．2mot'中合成PANI。讨论了Ni2+浓度对PANI电

4、导率的dm盐酸洗涤至滤液无色后，再用少量二次蒸馏水影响；并通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)、热失重洗涤，然后将产物在65c【=下干燥24h，得到导电(TG)、透射电子显微镜(TEM)分析了合成体系中PANI。N浓度对PANI结构与形貌的影响。1．4性能测试1实验部分在室温25~C条件下，用四探针法¨测定PANI1．1主要原材料的电导率；苯胺：分析纯，使用前经减压蒸馏至无色，上海FTIR测试：试样经KBr压片，测试范围500—化学试剂公司；3500cm。。；过硫酸铵[(NH)SO。]、六水合氯化镍利用TG分析仪测试PANI的热性能，氮气气氛

5、(NiC1：·6HO)：上海化学试剂公司；下升温速率为10~C／min；其它化学试剂：均为分析纯，市售。利用TEM观察PANI的形貌并拍照。1．2主要设备、仪器2结果与讨论超声振荡清洗器：KQ一100DB型，昆山市超声2．1室温电导率仪器有限公司；表1示出Ni2+浓度对PANI室温电导率的影四极探针：电流用AC15／1型直流复射式检流响。计、电压用DT一830型万用电表测定，结构如图1所示，自制；收稿日期：2010—05—28吴涛：镍离子对聚苯胺性能的影响23表1Ni浓度对PANI室温电导率的影响100项目Ni。浓度／tool·dm一0O．

6、1O．2O．3O．4O．50．6O．780电导率／2S．144．374．845．323．632．O61．971．95料·cm絮6O皿ⅢI】由表1可以看出，当Ni2+浓度小于0．3moL／瞧40dm时，PANI的电导率随Ni2十浓度的上升而增加，20当Nj“浓度为0．3moVdm时，PANI的电导率达到U儿儿，ZUUjUU400，UU6UU／0U温度／℃最大，为5．32S／cm。这可能是Ni2+使PANI链变得a一未加M．b一掺杂较为紧密有序的原因。图3未加Ni的PANI和掺杂Ni后PANI的TG曲线当Ni2十浓度大于0．3moVdm后，PA

7、NI的电导由图3还可看出，掺杂Ni后PANI的质子酸率随Ni¨浓度的上升逐渐减小。这可能是因为溶失重峰比纯PANI要低约10℃，这是由于Ni2+掺杂液中过多的Ni“与PANI链上亚胺氮原子的配位作到PAN!链上，同时引起链上苯环扭曲程度增大及用使得Ni2+掺杂到PANI链上J，导致PANI载流子链之间间隙增大，导致质子酸HC1的失重温度降的浓度降低及载流子在PANI链上“流动性”减弱，低。同时，两条曲线的第三失重峰均不明显。从而使电导率减小。同时，过多的Ni“掺杂到PANI2．4TEM分析链上，导致链上苯环的扭曲程度增加，以及链与链之图4是

8、不同Njn浓度下PANI的TEM照片。间的间隙增大J，这可能是高浓度Ni2+时PANI的从图4可以看出，PANI粒子呈现出短棒状结构。随电导率比低浓度“时低的另一原因。着Ni2十