《具有光化学活性的聚苯胺的制备及合成》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具有光化学活性的聚苯胺的制备及合成（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学生毕业论文学生毕业论文学院名称：学院名称： 化学工程学院 论文题目：论文题目： 具有光化学活性的聚苯胺的制备及合成 学生姓名：学生姓名： 专业：专业： 班级：班级： 学号：学号： 学校指导教师：学校指导教师： 职称：职称： 职称：职称： 起止时间：起止时间： 2目 录论 文 摘 要 .3 一、前言 .4 二、PANI 纳米纤维的制备方法.4 （一）物理法制备 PANI 纳米纤维.4 （二）化学法制备纳 PANI 米纤维.5 1、无模板法制备 PANI 纳米纤维 .5 2、模板法制备 PANI 纳米纤维 .7 （三）电化学法制备 PANI 纳米纤维.8 （四）综合法制备 PANI 纳米纤维.9
2、 三、本论文研究内容 .10 四、实验部分 .10 （一）仪器与试剂.10 1、原料与试剂 .10 2、实验仪器 .10 （二）合成方法.11 1、苯胺的提纯 .11 2、手性聚苯胺纳米纤维的合成 .11 （三）手性聚苯胺纳米纤维表征.12 1、手性聚苯胺纳米纤维的紫外表征 .12 五、结论 .19 参考文献 .20 致 谢 .213论 文 摘 要聚苯胺（PANI）纳米纤维同时具有 PANI 优异的物理、化学性能以及纳米纤维特有的小尺寸效应，在生产和生活领域中具有潜在的应用前景。纳米纤维制备方法主要包括物理法、化学法、电化学法和综合法等。综述了不同方法的制备原理、优势及存在的问题，重点介绍了化
3、学法中的种子聚合法、界面聚合法和乳液聚合法，并预言综合使用各种聚合法将成为制备 PANI 纳米纤维的趋势。关键词：聚苯胺 纳米纤维 导电聚合物 聚合方法4具有光化学活性的聚苯胺的制备及合成具有光化学活性的聚苯胺的制备及合成一、前言在导电聚合物中聚苯胺（PANI）原料易得、合成方法简便且具有良好的性能（如热稳定性、化学稳定性、电化学可逆性和电磁微波吸收性能等） 、独特的掺杂现象、潜溶液和熔融加工性能等诸多特点。PANI（含苯-环醌环交替结构）的分子主链上含有量的线型共轭 电子，尤其是用质子酸掺杂后形成了空穴载流子，载流子迁移和传递又使其具有导电性能。近年来研究者已采用各种方法制备出不同纳米形状的
4、 PANI（如纳米线网络 纳米管 纳米带和中空微球等） ， 其中 PANI 纳米纤维深受人们的关注 PANI纳米纤维不仅具有 PANI 的上述性质，而且还具有微小的孔径尺寸、狭窄的孔径分布和比表面积大等优异的物理特性，故其在二次电池、超电容器、抗静电、电磁波屏、蔽彩色显示、金属的腐蚀与防护和微电子工业等领域中得到广泛应用。将 PANI 作为导电胶中的导电填料，可以避免目前采用无机导电填料所存在的成本高、易氧化和易表面脱落等诸多弊病。二、PANI 纳米纤维的制备方法（一）物理法制备 PANI 纳米纤维静电纺丝法或电纺丝法是制备 PANI 纳米纤维最常见的物理法。它是聚合物溶液或熔体借助静电作用进
5、行喷射拉伸而获得纳米级纤维的纺丝方法。在静电纺丝中，高聚物溶液受到电场力的驱动，使之能够克服表面张力形成喷射细流 聚合物在喷射过程中随溶剂蒸发而固化。Macdiarmid 采用静电纺丝技术在外加电压作用下进行纺丝，可在5水中或水表面收集到高导电的（硫酸掺杂的）PANI 纳米纤维。物理法制得的产物具有较高的导电性能和力学性能，在很强的高压静电作用下稳定且无化学变化但是此法需外加很强的电压（1100 kV） ，如此才能使产物克服表面张力形成喷射细流。（二）化学法制备纳 PANI 米纤维1、无模板法制备 PANI 纳米纤维（1）固相机械化学合成法固相机械化学合成法是将固相反应物混合并持续研磨，在研磨
6、过程中发生反应的方法。它是在固相中进行的反应，与在液相中进行的反应（例如界面聚合快速混合或者是稀溶液聚合）等不同。Du 等以 FeCl3 6H2O 为氧化剂，通过固相化学反应制得了枝状 PANI 纳米纤维。元素分析发现产物中无铁元素，而是形成了盐酸掺杂态的 PANI 纳米纤维。Zhou 等将苯胺盐酸盐和三氯化铁粉末混合研磨后，同样制得了 PANI 纳米纤维直径（1540 nm，长度1 000 nm） 。产物在超声作用下能够很好地分散在普通溶剂中，并具有独特的结构和加工性能，而且也是一种高度电活性物质。固相机械化学合成法操作简单并且更加环保，它不需要加入任何模板、表面活性剂或者有机酸，制得的产物
7、性能良好且容易分散。但是，固相机械化学合成法对反应物和氧化剂的使用有限制条件，即只能在均为固相时才能使用。（2）种子聚合法近年来，在制备 PANI 纳米纤维中出现了一种新的纳米纤维种子聚合法。它是通过使用少量纳米纤维为模板形成增溶胶束，并被自由基捕捉成核，从而形成大量纳米形态的沉淀物。PANI“种子”会在有机溶剂的协助下作为分散剂溶解在溶液中，这样可以减弱苯胺单体和 PANI 产品之间的作用，降低甚至消除了二次聚合 种子聚合诱导时间比传统聚合。时间缩短了 300 s 左右，而较短的诱导时间可能通过抑制二次生长和PANI 纳米纤维的聚集来获得 PANI 纳米纤维的均一形貌。Xing 等将传统方法
8、制备的掺杂态 PANI 粉末溶解在二甲基亚（砜 DMSO）中作为“种子” ，合成了 PANI 纳米纤维。研究发现：PANI 粉末溶于 DMSO 分散的水溶液中，作为种子诱导聚合，这与纳米纤维种子或6者是低聚物协助合成 PANI 纳米纤维的原理相同。Zhang 等用极少量的 PANI 纳米纤维作为种子制备了多个尺度的纳米结构产物，此反应不需要大量处理工序即可以形成薄而透明的 PANI 纳米纤维薄膜。Thanpitcha 等在叶绿酸纳米棒存在的条件下，采用原位种子聚合法制得了 PANI 纳米纤维。在反应过程中通过严格控制 n（叶绿酸）：n 苯胺单体比例可防止 PANI 发生共聚，反应完成后用丙酮或
9、氢氧化钠溶液作溶剂除去叶绿酸。叶绿酸种子只是起到了诱导作用，并没有改变 PANI 纳米产物的分子结构。Chan 等在无搅拌情况下，将固体氧化剂加入到苯胺的盐酸溶液中（要求缓慢且有控制地将氧化剂加入反应液中这样才能形成 PANI 纳米纤维） ，聚合物缓慢出现诱导效应，使得低聚物种子的扩散更具有方向性，早期生成的异构种子诱导了 PANI 纳米纤维的增长。种子聚合法具有更高的质子化和掺杂率，由于 PANI 纳米纤维形貌一致，故其电容值和电性能较高；但是，种子聚合法还需要考虑酸种类、酸浓度、所用溶剂、种子以及溶剂与种子配比对反应的影响。（3）界面聚合法界面聚合法采用静态界面即（有机相和水相界面）发生聚
10、合反应，反应过程中单体形成胶束作为“类模板”并在界面上进行氧化聚合反应，形成 PANI 纳米纤维。Zhang 等将苯胺溶于甲苯中，过硫酸铵溶于含掺杂剂的水溶液中，随后加入不同表面活性剂制取不同掺杂态的 PANI 纳米纤维，并比较了 PANI 纳米纤维的平均直径。研究表明：PANI 纳米纤维的电容明显提高。Xing 等将苯胺先溶于二甲苯中，并在搅拌条件下直接加入到过硫酸铵水溶液中，以此界面聚合制备了 PANI 纳米纤维。由于二甲苯不溶于水，以致形成了离子液滴，从而改善了苯胺聚合的界面面积。Gao 等首次将苯胺溶于 1-丁基-3-甲基咪唑的六氟磷酸盐离子液体中，过硫酸钾溶于盐酸水溶液中，在界面上进
11、行化学氧化聚合，制得了 3080 nm 的 PANI 纳米纤维。张志明等将苯胺超声溶解在离子液体中，并加入一定量的去离子水作为有机相，过硫酸铵溶于蒸馏水中作为水相，在界面上成功制备出导电 PANI 微/纳米纤维。界面聚合法的合成和净化过程比较简单，并且不需要去除模板，1 mmol10 mol 苯胺单体都能合成相同形貌的 PANI 纳米纤维，制备的 PANI 纳米纤维孔隙结构和比表面积都比较符合要求。但是此法只能应用在部分双亲性物质的反应中， 其应用存在局限性。无模板法还包括稀释聚合法和快速混合法，前者是用稀溶液进行反应，后者是将7反应物快速混合使其消耗，但两者的原理一样，二次生长均因缺少反应物
12、而减少甚至消除，从而得到 PANI 纳米纤维。稀释聚合法和快速混合法同样可以在不同反应条件和强极性溶剂中进行，快速简便地得到 PANI 纳米纤维；但是，在反应中单体的反应时间和浓度须适宜，否则会发生 PANI 纳米纤维的团聚。2、模板法制备 PANI 纳米纤维（1）乳液聚合法乳液聚合法是以反应体系中加入的表面活性剂作为软模板，从而制备出 PANI 纳米结构的一种方法。表面活性剂没有参与 PANI 的聚合，而是起到了控制单体量和空间限制的作用，阻滞了最初形成的 PANI 纤维的二次生长和团聚，故形成的 PANI 都是纤维状的。另外，脱氧核糖核酸（DNA） 、液态结晶或内部产物与其它试剂在反应体系中形成胶束等结构，也可作为软模板制备 PANI 纳米纤维。Jung 等以对苯磺酸为软模板生成高电导和长径比的针状 PANI
