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无机层状化合物与有机组分在分子水平上的复合,制备具有特殊功能的复合材料近年来引起人们广泛关注。人们在有机组分的选择上,从简单的小分子发展到具有特殊功能的共轭聚合物,在插层制备领域迈出了重要的一步。其中,无机层状化合物与聚合物的复合可激发出许多优异的机械、电等性能,在耐磨材料、电极材料、特殊功能材料等领域具有良好的应用价值,是一类极具诱人前景的功能材料。本论文在总结以往聚苯胺插层无机物制备纳米复合材料的文献基础上提出了本研究的选题背景,将苯胺插入层间后在空气中聚合制备了MoO3/PANI插层复合材料,并使用XRD,SEM,IR,TGA-DSC,电性能和磁性能测试等分析手段进行了相关研究。根据实验内容,本工作分为四个部分:
1.突破了水合锂/钠预插层并还原MoO3的传统制备方法的束缚,使用极性相似的十二烷基胺为插层剂,在无水乙酸中与苯胺交换,生成具有清晰层状形貌和较好热稳定性的三氧化钼/苯胺(MoO3/ANI)插层复合物。苯胺插入后,MoO3的层间距从0.692增至1-318 nm,自由层间距为0.626 nm,苯胺以苯环垂直于无机层板单层排布的方式存在于MoO3层间,-NH2分别指向上下层板。
2.将上述方法制备的MoO3/ANI复合物置于空气中,热处理引发层间苯胺聚合,生成MoO3/PANI插层复合材料。层间苯胺聚合后,MoO3的层间距从1.318nm减至1.127 nm,自由层间距为0.435 nm。与以往MoO3/PANI复合材料不同,本研究中层间苯胺在聚合过程中进行了一定角度的翻转,生成的是层间聚苯胺单链以平行于MoO3层板存在的插层复合物。该复合物具有清晰的层状形貌和较高的热稳定性,聚苯胺链的失重温度在749℃左右。
3.将上述制备的MoO3/PANI插层复合材料在0.5 M Li2SO4水溶液中进行了循环伏安和交流阻抗等电化学性能测试,结果表明:MoO3/PANI复合材料的电化学活性主要表现为Li+在MoO3层间的嵌入与脱出;PANI插入MoO3层间后并没有改变其氧化还原特征,但促进了电子和/或锂离子的传递。另外,插入PANI后MoO3电极的电化学反应电阻显著减小,其总阻抗也明显低于未插层的MoO3电极的总阻抗。
4.对MoO3/PANI复合材料进行了常温和变温下的磁性能测定。结果表明,抗磁性的聚苯胺插入抗磁性的MoO3层间后磁性能呈现了显著的变化,二者在分子水平上进行复合而得到的复合材料室温下在高场中呈顺磁性。此外,随着温度的降低,单位质量磁化率呈上升趋势,在高温时呈顺磁性特征,在接近液氮的低温则呈铁磁性特征。