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聚吡咯纳米管(PPy-NTs)不仅具有优异的电性能和电化学性能,而且具有合成容易、价格低廉、成管率高、电导率高、条件适用性强、重现性好、易于大规模生产等优点,被广泛认为是一种具有比较广阔应用前景的电子导电高分子材料。 在温和的室温环境中以氯化铁为氧化剂,甲基橙(MO)为掺杂剂,用化学原位聚合的方法合成了PPy-NTs,并通过扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),粉末衍射(XRD),傅里叶红外光谱仪(FTIR),拉曼光谱仪(Raman),热重分析仪(TG),元素分析(EDS)等实验手段对制备的聚吡咯纳米管进行了表征,得到了不同条件下制得的PPy-NTs的形貌,确定了实验条件对聚吡咯纳米管形貌的影响,并推测了以甲基橙为掺杂剂合成PPy-NTs的机理。结果表明:①MO(掺杂剂)的平面结构是合成PPy-NTs的重要因素;②PPy-NTs形成的过程中,体系中不存在预先组装好的管状模板,吡咯单体不是在管状模板上被氧化剂氧化聚合的;③体系中出现了由MO分子形成的平面囊泡结构,平面囊泡依靠MO分子间的π-π共轭键沿轴向堆积,而吡咯单体以氢键与MO分子作用,并在氧化剂的作用下氧化聚合,最终形成PPy-NTs。 通过改变反应的温度、时间,MO、吡咯和氯化铁的浓度,EtOH/H2O的体积配比调节PPy-NTs的直径,发现在以下条件下可将纳米管直径控制在约为100nm:①在0~30℃范围内合成的PPy-NTs直径基本保持在100nm左右,且在此温度范围内,温度对纳米管的影响不大;②当反应时间达4h以上时,得到的PPy-NTs直径约为100nm;⑧吡咯和氯化铁浓度值恒定在50 mmol/L,MO的浓度在1.25~5 mmol/L范围内;或MO和氯化铁浓度分别为5.0 mmol/L,50.0 mmol/L,吡咯的浓度在5~50 mmol/L范围内;或MO和吡咯浓度分别为5.0 mmol/L,50.0 mmol/L,氯化铁的浓度在50~250 mmol/L范围内,均可得到直径约为100nm的PPy-NTs;④当乙醇溶液中V乙醇∶V水<1∶3时,得到的纳米管直径约为100nm。在电流密度为0.5 A/g时,直径约为100nm的PPy-NTs的比电容可达960F/g,远高于其他条件下制得的PPy-NTs的比电容,使其在超级电容器领域具有一定的应用前景。 用滴涂法利用交联剂戊二醛把多酚氧化酶(PPO)和PPy-NTs制得了PPy-NTs的修饰生物膜电极,扫描电镜、红外光谱和交流阻抗实验表明,多酚氧化酶能成功固定在聚吡咯纳米材料上。实验结果显示:PPy-NTs在传感器中起到了传递电子的作用;同时,PPy-NTs的生物兼容微环境能保护多酚氧化酶,被PPy-NTs固定的多酚氧化酶催化反应的活化能为13.8 kJ·mol-1,对儿茶酚的灵敏度为2981mA·M-1·cm-2,线性范围为0.1~35μM,检出限为0.03μM。PPO/PPy-NTs生物膜电极对不同酚的检测灵敏度顺序为:对氯苯酚>对甲苯酚>儿茶酚>苯酚。实验结果表明该生物膜电极具有较短的响应时间、重复性好,稳定性高的等优,另外,对真实样品检测具有较高的回收率,表明该生物膜电极在小分子的检测中具有广阔的应用前景。 本论文以MO为掺杂剂合成了PPy-NTs,并通过合成条件调控聚吡咯纳米管的管径,研究了聚吡咯管在超级电容器及电化学生物传感器中的应用。