納米聚苯胺及其金納米復(fù)合材料的可控制備及表征.pdf

1、聚苯胺及其復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、形貌及尺寸對(duì)其物理化學(xué)性能有著巨大的影響,使得其微/納米結(jié)構(gòu)的形貌調(diào)控研究引起了人們的廣泛關(guān)注。因此設(shè)計(jì)和合成形貌可控的微/納米結(jié)構(gòu)聚苯胺及其復(fù)合材料已成為當(dāng)前材料科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。本論文借助乙二醇反應(yīng)介質(zhì)的輔助,通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)聚合方法,制備了聚苯胺納米纖維和納米棒;并利用化學(xué)一步合成方法,合成了聚苯胺/納米金復(fù)合納米纖維和納米球,以及聚苯胺/花狀納米金形貌復(fù)合材料,分析了反應(yīng)條件與形貌結(jié)構(gòu)間的關(guān)系,提出了

2、其形成機(jī)理。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、欧謩e以APS和H2O2為引發(fā)劑,在無(wú)模板條件下,利用化學(xué)聚合法制備出了尺寸和形貌可控的的聚苯胺納米纖維和納米棒。該材料可輕易地分散于水、乙醇等極性溶劑形成穩(wěn)定的聚苯胺納米膠體分散液。對(duì)其形成機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn):乙二醇與苯胺單體和聚苯胺間存在的強(qiáng)烈氫鍵,是導(dǎo)致聚苯胺一維取向生長(zhǎng)的主要因素。其反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)品的形貌、尺寸和性能具有明顯的影響。隨著溫度的升高,一維納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的縱橫比和電導(dǎo)率減小,而產(chǎn)

3、率增大。當(dāng) H2O2與苯胺單體的摩爾比為2,APS與苯胺單體的摩爾比為1時(shí),產(chǎn)品具有最佳的導(dǎo)電性能。此外,聚苯胺納米纖維(APS為氧化劑)的電導(dǎo)率和形貌與摻雜酸的濃度和種類有明顯的關(guān)系,摻雜酸濃度的增加,有利于電導(dǎo)率和產(chǎn)率的提高,而當(dāng)用有機(jī)功能酸CSA為摻雜劑時(shí)卻不能獲得聚苯胺納米纖維形貌。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)攪拌的存在,有利于產(chǎn)品氧化度、摻雜水平、電導(dǎo)率和產(chǎn)率的提高。
　　⑵在乙二醇溶液中,通過(guò)化學(xué)一步合成法合成了一維形貌的聚苯胺/納米

4、金復(fù)合材料。結(jié)果表明,反應(yīng)溫度和氧化劑濃度對(duì)復(fù)合材料的形貌、納米金粒徑及分布均有很大的影響。隨著溫度的升高,聚苯胺纖維的長(zhǎng)度增加,纖維直徑和納米金的粒徑減小。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,反應(yīng)溫度為10℃時(shí),復(fù)合材料具有更好的導(dǎo)電性和電活性,而納米金也具有較好的分布。復(fù)合材料的長(zhǎng)度及納米金的粒徑隨氧化劑濃度的提高而增大,但纖維的直徑卻減小。當(dāng)氧化劑與苯胺單體的摩爾比為1:5時(shí),產(chǎn)物中同時(shí)存在聚苯胺/納米金復(fù)合纖維和微米級(jí)的復(fù)合球。此外,當(dāng) H2O2存

5、在時(shí),有利于納米金粒徑和分布均勻性的提高,從而獲得了高均勻的聚苯胺/納米金復(fù)合纖維。
　?、且粤蛩岽纣}酸作為摻雜劑,在H2O2存在下,采用化學(xué)一步合成法制備了聚苯胺/花狀納米金復(fù)合材料。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了鹽酸中的氯離子對(duì)氯金酸的氧化還原反應(yīng)有抑制作用,而硫酸根離子由于沒(méi)有抑制作用,使反應(yīng)速度更快,從而導(dǎo)致復(fù)合材料從一維形貌轉(zhuǎn)變?yōu)榫郾桨?花狀納米金形貌。隨后發(fā)現(xiàn),不僅硫酸可以改變反應(yīng)速度,而且雙氧水也對(duì)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響。因此,當(dāng)反應(yīng)中

6、無(wú)H2O2存在,且降低反應(yīng)溫度,獲得了形貌和尺寸可控的聚苯胺/納米金復(fù)合納米球。對(duì)其形成機(jī)理的研究表明初形成納米金或聚苯胺/納米金復(fù)合顆粒間的不斷聚集生長(zhǎng),以及Au3+在裸露金表面的不斷還原是形成復(fù)合球形貌的主要原因。復(fù)合球的直徑隨氧化劑濃度的增大而減小,形成表面突枝更均勻的“刺球”形貌復(fù)合球。然而,當(dāng)氧化劑過(guò)量時(shí),卻只能形成納米金粒徑只有5nm的聚苯胺/納米金復(fù)合纖維。研究發(fā)現(xiàn),攪拌的存在,對(duì)復(fù)合球的直徑?jīng)]有太大的影響,卻有利于聚苯胺