论文部分内容阅读
聚吡咯是典型的导电高分子,最大的特点是环境稳定性好、电导率高、合成容易,在高分子导线、电子和光学器件、化学传感器、电致变色显示器,防腐材料等功能材料和器件方面有许多潜在的应用,因而成为导电高分子中最有应用前景的聚合物之一。近年来的研究表明,聚吡咯的形貌与其性能有着密切关系,制备特定形貌聚吡咯对提高聚吡咯的性能有着非常重要的实际意义;聚吡咯/无机纳米复合材料兼具聚吡咯和无机材料的特性,并能通过材料功能的复合,实现性能的互补与优化,逐渐成为聚吡咯的一个新的研究领域。本论文采用化学氧化法成功合成聚吡咯(PPy)粉体材料,研究氧化剂种类、氧化剂浓度、聚合时间及聚合温度、掺杂剂的种类对合成产物PPy导电率的影响,研究结果显示随着氧化剂用量或聚合时间的增加,PPy的导电率都是先增加后减小;以FeCl3为氧化剂时,PPy导电率最大;低温有利于PPy导电率的提高;掺杂剂阴离子的体积越大PPy的导电率越低。通过正交实验设计,得到合成PPy最佳工艺条件为:以FeCl3为氧化剂, PPy与FeCl3摩尔比为1:1,在0℃冰水浴条件下反应6小时,其电导率可达到0.0842S/cm。采用十六烷基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸(DBSA)、十二烷基硫酸钠(SDS)三种表面活性剂形成的有序聚集体为软模板,过硫酸铵(APS)为氧化剂,在0℃冰水浴条件下制备导电聚吡咯(PPy)。考察活性剂的种类、用量对聚吡咯形貌的影响。结果表明,采用不同的表面活性剂,所制得的聚吡咯的形貌不同,模板的浓度对形成的聚吡咯的形貌也有一定影响。从SEM图看出,采用阳离子活性剂CTAB制得的聚吡咯为棒状结构,随着表面活性剂浓度的减少,棒状结构变规整;采用阴离子活性剂DBSA制得的聚吡咯为球状结构,随着表面活性剂浓度的减少,聚吡咯颗粒变细小;采用阴离子活性剂SDS制得的聚吡咯随着表面活性剂用量的减少从块状发展为棒状直至线状。对不同活性剂制备的聚吡咯做导电率分析,聚吡咯的导电率均随着活性剂用量的减少先增大后减小,当以CTAB为模板,n(CTAB):n(PPy)=0.2时合成的聚吡咯导电性能最好。通过XRD图谱分析,得出添加表面活性剂会影响聚吡咯的结晶度,使非晶态的聚吡咯能够短程有序,其中添加CTAB的效果比较明显。采用预处理乳液聚合法制备了PPy/TiO2复合材料。用紫外可见光分光计研究了复合材料的光电性能,同时降解甲基橙实验,考察了PPy/TiO2纳米复合粒子的光催化活性。硅烷偶联剂KH570对二氧化钛进行表面预处理后,纳米TiO2粒子的团聚现象有了明显改善,紫外可见光漫反射吸收光谱表明,改性二氧化钛的禁带宽度比未改性的二氧化钛窄。光催化降解甲基橙实验表明,改性二氧化钛的光降解性能高于未改性的二氧化钛。通过微乳法制备PPy/TiO2复合粒子,UV-Vis吸收光谱表明,吡咯的存在拓宽了二氧化钛整个体系的光谱响应范围,PPy/TiO2复合粒子可以吸收可见光范围的光,随着合成过程中Py与TiO2物质的量比的增大,复合微粒的禁带宽度逐渐降低。光催化降解甲基橙实验表明,PPy/TiO2复合粒子的光催化降解性能比TiO2光催化降解性能强,并且随着复合粒子中吡咯含量的增加光催化性能先增加后降低,当PPy:TiO2=1:50时,复合粒子的光催化降解性能最好。