聚苯胺的结构和形貌表征分析结果

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1、聚苯胺的结构和形貌表征分析结果1.聚苯胺的XRD分析由高分子凝聚态理论可知，高聚物一般结晶性较差，大多为结晶区和非晶区共存，且结晶区很小，有序性很差，故将XRD用于分析高聚物的研究相对于无机少得多，结果的分析也复杂的多。但近年来，有关提高导电高聚物结晶度和晶体取向方面的研究越来越受到人们的关注。因为根据颗粒金属岛导电模型，分子链高度取向有序且掺杂良好的导电高聚物呈现类似于金属的导电态，电导率理论上可达106S/cm。这就使得XRD成为该项研究工作必备的手段之一。图4为本征态和掺杂态聚苯胺的XRD图谱。图4本征

2、态和掺杂态聚苯胺的XRD图谱由图4可知，本征态聚苯胺仅在19°出现一个很宽的衍射峰，归属于本征态聚苯胺分子链的散射，说明反掺杂法制得的本征态聚苯胺为典型的无定形态，仅存在短程有序。而掺杂态聚苯胺在20°和25°处出现相对于本征态较为显著、尖锐的衍射峰，说明质子酸掺杂后的聚苯胺取向有序性，且结晶性得到较大的改善和提高。这是由于质子酸掺杂后，分子链中一部分N原子因质子化产生的阳离子与其后进入的A-形成了类似“季铵盐”结构，同时分子链间作用力也得到加强导致的。2.聚苯胺的Raman分析为了验证合成的聚合物是预期的物

3、质，用拉曼光谱法对不同酸掺杂的聚合物进行了拉曼光谱测试。测试结构如图5所示。图5不同质子酸掺杂聚苯胺的拉曼光谱图(a)PANI-HCl(b)PANI-H2SO4(c)PANI-H3PO4(d)PANI-DBSA(e)PANI-SSA从图中可看出，不同质子酸掺杂的聚合物的Raman图的形状和吸收峰位置基本一致，而且没有其它杂峰，表明这些产物同属于一种聚合物。根据醌环的骨架振动对应的吸收峰和苯环的骨架振动对应的吸收峰的对比强度可以定性判断聚苯胺链上醌环与苯环的相对比例。在中间氧化态，醌环骨架振动所对应的吸收峰稍弱

4、于苯环骨架振动所对应的吸收峰；在完全还原态，不出现醌环骨架振动对应的吸收峰；而在氧化态，醌环骨架振动所对应的吸收峰强于苯环骨架振动所对应的吸收峰。1590cm-1左右是醌环中C=C的伸缩振动，1507cm-1左右是苯环中C=C的伸缩振动，1371cm-1左右是芳香胺Ar-N的伸缩振动，1166cm-1左右和808cm-1左右是苯环上的C-H面内和面外弯曲振动，这表明有聚苯胺的形成。由图中比较可知，所有产物的醌环骨架振动所对应的吸收峰都稍弱于苯环骨架振动所对应的吸收峰，因此可以断定本实验所得产物均属于中间氧化态

5、。基于以上分析，采用化学氧化聚合法合成的产物均为聚苯胺。3.聚苯胺的FT-IR分析(1)不同质子酸对聚苯胺结构的影响红外光谱可用于研究聚苯胺的内部转化，谱图中特征峰与苯环或醌环的伸缩振动或弯曲振动相对应，可以确定不同氧化还原形态的聚苯胺结构。图6不同质子酸掺杂聚苯胺的红外光谱图(a)UPANI(b)PANI-HCl(c)PANI-H2SO4(d)PANI-DBSA(e)PANI-SSA图6为不同质子酸掺杂聚苯胺的红外光谱图。本征态聚苯胺(a)的红外光谱特征吸收峰所代表的官能团结构如下：1582.03cm-1峰

6、是醌式结构N=Q=N的吸收振动；1494.14cm-1峰是苯式结构N-B-N的特征吸收振动，这两个吸收峰的强度比可以反映聚苯胺的氧化程度，表征醌式结构的峰越大，分子链的氧化程度越高；1375cm-1峰和1302.43cm-1峰是芳香胺Ar-N中的C-N的吸收所致；1147.78cm-1峰和827.52cm-l峰分别是苯环的面内和面外弯曲振动特征吸收谱带，且827.52cm-1峰和793.98cm-1峰属于二取代苯环上的C-H平面外弯曲振动，说明苯胺是以头尾连接形式聚合的；506.96cm-1峰是芳环弯曲振动特

7、征吸收谱带。掺杂使聚合物分子链中的电子云密度下降，降低了原子间的力常数，产生了诱导效应。同时由于掺杂的作用，分子链中的电子、电荷的离域化作用增加，形成共振结构，产生共扼效应。两个效应的结果使得基团的振动频率下降，因此各个吸收峰都向低频方向移动。与本征态聚苯胺相比，质子酸掺杂的聚苯胺的特征峰位置向低频有不同程度的移动，如表3所示，另外，DBSA和SSA掺杂聚苯胺的谱上在1029.04cm-1出现了吸收峰，这在本征态聚苯胺和无机酸掺杂态聚苯胺上都是没有的。1029.04cm-1是-SO3H基O=S=O的伸缩振动，

8、表明有机磺酸掺杂聚苯胺中存在有磺酸根离子。表3不同质子酸掺杂聚苯胺的红外吸收峰位置掺杂情况N=Q=Ncm-1N-B-Ncm-1Ar-Ncm-1面向弯曲振动cm-1面外弯曲振动cm-1芳环弯曲振动cm-1UPANI1582.031494.141302.431147.78827.52506.96PANI-HCl1571.771487.771298.401139.88803.45507.33PANI-H2