有機酸控制合成聚苯胺納-微米結構.pdf

1、隨著納米技術的發(fā)展,導電高分子在化學傳感器、生物傳感器、光電子器件、發(fā)光二極管等方面的應用引起了人們廣泛的興趣。聚苯胺(PANI)由于其固有的優(yōu)越性能,包括良好的穩(wěn)定性、可調的光學、電學性能等,成為最有前途的導電聚合物之一。制備納/微米結構。PANI常有“硬模板”、“軟模板”、“無模板”等方法。本論文討論了利用高濃度丙酸溶液控制溶液的pH變化,合成形貌可控的納/微米結構PANI,并研究其形成機理。同時,還討論了低濃度不同鏈長的有機酸溶液

2、對形成PANI一維納米結構的影響。另外,還探討了高濃度丙酸溶液中,高分子非離子表面活性劑F108對合成PANI微球的影響。主要結論如下:
　　 (1)在高濃度丙酸溶液中氧化聚合苯胺,產(chǎn)物形貌變化明顯分為三個階段:首先苯胺低聚物組裝成片狀結構,然后苯胺低聚物組裝成微球狀或稻草束狀PANI,最后形成PANI高聚物納米粒子或納米纖維。通過跟蹤溶液pH變化發(fā)現(xiàn),高濃度的丙酸溶液能起到“緩沖作用”,減慢苯胺的聚合速度,并有利于PANI低聚

3、物微/納米結構的形成。攪拌與否對產(chǎn)物的形貌也有較大的影響:攪拌有利于第二階段形成PANI微球,但第三階段時將導致PANI微球破裂；不攪拌時第二階段形成稻草束狀PANI,且第三階段時仍能保持稻草束狀。GPC結果表明第一、二階段產(chǎn)物主要由PANI低聚物組成。紅外光譜分析表明一、二階段產(chǎn)物中存在較強的分子間氫鍵,我們認為這可能是形成PANI微球的主要驅動力之一。紫外.可見光譜分析表明所得產(chǎn)物為高氧化態(tài)的PANI。通過熱失重分析,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物的熱穩(wěn)

4、定性隨反應時間增加而提高。
　　 (2)在不同鏈長的有機酸溶液中合成了不同納米結構的PANI。研究發(fā)現(xiàn),當甲酸/苯胺摩爾比在0.2-1.0時均能形成PANI納米纖維和納米粒子,但較難以形成納米管；當乙酸/苯胺摩爾比在0.2-1.0時均能形成PANI納米纖維及納米管,但當乙酸/苯胺摩爾比大于2.0時,很少有PANI納米管產(chǎn)生；而在丁酸溶液中,丁酸/苯胺摩爾比為2.0時仍然能得到PANI納米纖維及納米管。結果表明,有機酸鏈長影響PA

5、NI納米結構的形成,隨有機酸鏈長增加,更易形成PANI納米管。進一步研究發(fā)現(xiàn),當苯胺濃度為0.1 M,丁酸為0.05 M,過硫酸銨為0.2 M時,能夠制備大量規(guī)整的PANI納米纖維和納米管。通過對不同有機酸所得產(chǎn)物的紅外吸收光譜和熱失重分析,發(fā)現(xiàn)不同有機酸溶液中合成的PANI分子結構相同、所得PANI熱穩(wěn)定性隨有機酸鏈長增長而有所提高。我們認為有機酸分子形成的球形膠束在pH下降到2.0以下后能聚集成一維膠束,苯胺陽離子或苯胺分子以此膠束

6、為“模極”形成不同結構的PANI納米管。
　　 (3)在兩親性三嵌段共聚物F108的丙酸溶液中成功地合成了形貌規(guī)整的PANI微球。討論了實驗配方中試劑濃度、反應溫度及表面活性劑種類對形成PANI納米結構的影響。通過比較發(fā)現(xiàn),丙酸濃度與苯胺濃度較高時有利于形成PANI微球,升高溫度不利于PANI微球的形成；使用陽離子表面活性劑CTAB只能得到片狀PANI,說明F108對形成PANI微球有明顯的影響。此外,紅外光譜分析表明不同反應時