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聚苯胺(PANI)是一种具有较宽导电率范围、特殊的氧化还原作用、良好的环境稳定性、合成方法简单及成本低等特点的有机高分子导电材料。作为一种导电聚合物,PANI在电致变色、金属防腐、催化、LED、传感器、二次电池、气体分离膜和太阳能电池等领域具有十分广阔的应用前景。虽然有关PANI的研究已经十分广泛和细致,但是在制备方法、性能和应用研究等方面还存在着各种问题,各项研究工作还需要进一步深入进行。
由于具有纳米尺度的PANI材料能够赋予其新的功能或改善其性能,因此具有纳米结构的PANI纳米材料的相关研究已经得到研究人员越来越多的重视。本文在前人研究工作的基础上,以不同的制备方法和不同的掺杂剂制备了具有不同形貌的PANI纳米材料。
以过硫酸铵(APS)为氧化剂、磺基水杨酸(SSA)为掺杂剂,采用界面聚合方法,在水相/有机相界面处合成了SSA掺杂的PANI纳米线。为了理解PANI纳米线的形成机理,讨论了合成条件SSA/AN、有机相、反应时间和温度对产物形貌的影响;进一步研究了有机相对合成PANI的化学结构、结晶性、电导率和产率的影响。通过FT-IR、UV-Vis、SEM和XRD等对PANI进行了表征。研究结果表明:SSA/苯胺(AN)和有机相对聚苯胺的形貌具有重要影响。当有机相密度小于水时,产物具有更好的形貌、结晶度、产率和导电率。此外,反应温度对产物形貌、化学结构、导电率、结晶度的影响也进行了一定研究,结果发现反应温度对产物的形貌,结晶度和电导率均具有重要影响。
采用自组装法制备了过氧聚钨酸(PPTA)掺杂的PANI纳米棒、纳米板和海胆状结构。实验结果表明PPTA浓度和反应温度对PANI纳米结构的形成具有重要影响。随着PPTA浓度从0.11mol/L增加到0.29mol/L,将获得纳米棒和海胆状结构。随着温度的降低,具有放射型枝状粗糙表面的纳米板的量将逐渐增加,这种表面形成可能是由掺杂剂分子结构、PANI分子链的线性特征和二次成核引起。
利用羧基与SiO2表面的羟基的酯化反应,使用丁二酸对SiO2表面进行修饰。在经修饰过的SiO2形成的pickering中制备PANI/SiO2复合材料及PANI米线。当SiO2的用量为0.25g时,甲苯(含AN)和过硫酸铵(APS)水溶液被混合后,有机相被分散在水中,在此过程中,SiO2颗粒将吸附于甲苯/水相界面处充当乳化剂进而形成pickering乳液。由于经修饰的SiO2颗粒在界面处分散不均匀,所以在颗粒之间存在空隙。液滴中的苯胺扩散至界面时,一小部分被吸附在颗粒表面,由于APS存在于水相中,所以聚合反应将发生在SiO2颗粒和表面SiO2颗粒的空隙处。产生的PANI颗粒的亲水性强于亲油性,因此颗粒将逐渐向水相生长延长,最终通过界面处的聚合反应而生长成为PANI纳米线。当SiO2用量为0.05g时,因颗粒较少而被充分分散在水相中,不能形成具有一定形状的胶束,当聚合开始后,丁二酸一端的羧基将充当掺杂剂进入PANI分子链中。因此掺杂过程将发生在颗粒表面处,最终形成PANI/SiO2复合材料。
利用快速混合反应,制备了柠檬酸掺杂的PANI纳米线。聚合期间,氧化剂分子(APS)被分散均匀并引发聚合,由于产物PANI具有线性特性,因此形成PANI纳米线,反应单体在此过程不断消耗,由于邻近PANI纳米线区域内的单体量较少,从而有效抑制了PANI纳米线的二次增长。