无溶剂聚吡咯流体的制备及特性研究

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聚吡咯(PPy)作为一种典型的导电高分子以其良好的导电性、离子交换性、电致变色、光致发光和稳定性等使其在超级电容器、传感器、金属防腐等方面都有广泛的应用。但是共轭导电高分子聚吡咯的共轭长链结构使其难溶解在蒸馏水或各种常规有机溶剂中,并且在高温下不能熔融。聚吡咯这种不溶的性质导致其分散性和加工性差,限制了其应用。采用柔性有机长链质子酸对聚吡咯进行掺杂,在聚吡咯的共轭刚性长链上引入柔性侧链,使得聚吡咯大分子在室温的条件下呈现出可流动的状态,这对提高PPy的加工性能有重要意义。   以4-壬基酚聚氧乙烯醚乙酸(GAE)为掺杂剂对聚吡咯进行掺杂制备室温下可流动的聚吡咯流体(GAE-PPyF),其溶解性得到了很大的提高。流变及低温DSC分析表明GAE-PPyF具有类流体的性质,具有很好的流动性。通过红外光谱、XRD测试比较本征态聚吡咯和聚吡咯流体的化学结构和结晶状态。TG测试表明GAE-PPyF的热稳定性良好。TEM观察GAE-PPyF呈整体无定形、局部结晶的微观形貌。   壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠(NPES)也是一种分子链中含有柔性链段的长链分子,其分子链更长。以酸化的NPES为掺杂剂制备出具有类流体性质的聚吡咯流体(NPES-PPyF)。对其采用红外光谱、热重分析、XRD测试、低温DSC分析、TEM、流变分析等测试手段进行分析可知,NPES-PPyF中结晶范围较GAE-PPyF要大,掺杂率较GAE-PPyF要小,在室温下呈类流体行为且流动性好,热稳定性好。   采用导电聚吡咯对磷酸铁锂进行包覆合成LiFePO4/PPy复合物,以PPyF为前驱体与磷酸铁锂混合后于高温下处理,得到LiFePO4/C复合物。制备得到的LiFePOa/PPy的导电率比单纯的磷酸铁锂提高了7个数量级,LiFePO4/C的导电率也比磷酸铁锂提高了2个数量级。电化学性能测试表明LiFePOa/PPy复合物的首次充电容量为143.32 mAh/g,首次放电容量为118.62 mAh/g,其首次放电效率达到82.77%,且循环稳定性有一定的提高。LiFePO4/C的首次充电容量为112.63 mAh/g,首次放电容量为99.84 mAh/g,其首次放电效率达到了88.64%。
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