导电聚合物的电化学聚合研究进展

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1、JOURNALOFJIANGSUTEACHERSUNIVERSITYOFTECHNOLOGY（NaturalScienceEdition）Sep.,2008导电聚合物的电化学聚合研究进展朱雯（江苏技术师范学院化学化工学院，江苏常州213001）摘要：电化学聚合是制备导电聚合物材料的有效途径。主要从电化学合成体系方面综述了导电聚合物电化学合成的研究进展，介绍了三氟化硼乙醚（BFEE）及其混合电解质溶液体系、离子液体在导电聚合物电化学合成中的应用。指出了电化学聚合面临的挑战和机遇。关键词：电化学聚合；导电聚合物；聚合体系中图分类号：O646文献标识码：A文章编号:1674-222

2、2（2008）03-0043-060引言材料是工业、农业、国防及科学技术的重要物质基础，材料科学的发展与突破对世界经济和社会结构有着重大影响。现代电化学技术是材料表面或界面科学研究不可缺少的一种重要方法，材料科学的发展同时也促进并深化了现代电化学研究的内涵。电化学与材料科学相互交叉渗透、相互促进发展,形成了许多前沿性和交叉性研究热点，如传统电沉积技术及阳极溶解表面处理技术已发展成为制备各种现代功能新材料及表面超微加工、改性、修饰的重要方法，通过共沉积或诱导沉积获得复合型功能材料[1,2]。导电聚合物是由具有共轭π键的聚合物经化学或电化学掺杂后形成的、导电率从绝缘体延伸到导体范

3、围的一类高分子材料，其结构由聚合物链和与链非键合的一价对阴离子（p-型掺杂）或对阳离子（n-型掺杂）两部分组成[3]。共轭长链提供电荷流通的通道，化学或电化学掺杂是促进电荷自由流动的推动力。导电聚合物的导电率：10-9S/cm～105S/cm，实现了从绝缘体到半导体、再到导体的变化，是所有物质中能够完成这种形态变化跨度最大的。导电聚合物既保留了高聚物结构多样化、可加工和比重轻等特点，同时兼具了因掺杂而带来的半导体或导体的特性。常见的导电聚合物有聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩及聚对苯撑乙烯等[4]，可以制成发光二极管和场效应管、电磁屏蔽材料、电池及导电材料、高灵敏度化学传感器、

4、抗静电的摄影胶片等[5]，这些应用都与导电聚合物的电化学性质密切相关。另外，导电聚合物完全可逆的掺杂—脱掺杂过程伴随着完全可逆的颜色变化，可作为电致变色或光致变色材料；掺杂—脱掺杂的可逆性若与可吸收雷达波的特性相结合，导电聚合物则又是快速切换隐身技术的首选材料。1导电聚合物的电化学制备导电聚合物具有离域的共轭长链结构，可以通过化学法或电化学聚合方法合成。化学聚合是通过采用氧化剂对单体进行氧化或通过金属有机化合物偶联的方式得到共轭长链分子；电化学聚合是在电场作收稿日期：2008-04-15；修回日期：2008-09-03作者简介：朱雯（1973-），女，讲师，博士研究生，研究方

5、向为功能高分子材料。44江苏技术师范学院学报（自然科学版）第14卷用下电解含有单体的溶液，在电极表面获得共轭高分子膜[6]。化学聚合法制备方便，但一般制得的是粉末状产物，难以通过溶解或熔融进行加工成型，而电化学方法可使导电高分子直接成膜，处于导电状态，便于加工。因而电化学聚合常常是制备导电聚合物薄膜材料的一种有效方法。电化学法合成导电聚合物具有较多优点：（1）简便易行，一般是在常温常压下进行反应。（2）工艺流程短，多步合成有可能大幅度缩减步骤。（3）高聚物的聚合—掺杂—成膜可在工作电极上一步反应完成，膜厚度可以通过电量控制。（4）反应的开始、中断和停止易于控制。（5）根据原料

6、和生成物的氧化还原电位的测定，可以定量地评价相对的反应性能。（6）通过调整电解液组成和改变相关工艺参数可得到不同结构和性能的聚合物膜层，以适应不同用途的要求。（7）所需单体量少，原料单体直接在基材上聚合成膜，避免了大量挥发性有机溶剂的使用，可以做到清洁生产。电化学聚合已成为研究和开发导电高分子的有效方法。一些常见的导电高聚物都可通过电化学聚合得到，且其性能和聚合机理与化学氧化聚合存在很大的差异，尤其是导电性质的特殊性[7]。由电化学聚合得到的导电聚合物，其结构和电导率与聚合条件密切相关，而聚合条件的影响又取决于聚合反应机理[8]。因此，导电聚合物电化学聚合过程的研究主要集中在

7、聚合反应机理的探讨和聚合条件的优化。电化学聚合所用的单体一般是芳香性化合物，如苯、苯胺、吡咯、噻吩等。不同单体的氧化聚合电位有很大不同（见表1）。它们在中性电解质，如乙腈中的氧化聚合电位比较高，需要用贵金属或石墨作为工作电极[9]。高的氧化聚合电位也会导致电解质的分解和产物的过氧化，造成链结构缺陷较多，导致聚合物性能较差[10]，且无法测定聚合物的导电率。因此，为获得高性能导电高分子材料，寻找温和的电化学合成体系、有效地降低单体的氧化聚合电位是优化电化学聚合条件的首选方法。表1几种单体的氧化聚合电位及其