聚吡咯纳/微米结构的制备和表征

论文摘要

聚吡咯（PPy）纳/微米结构结合了环境稳定性好、导电性高、合成容易和纳米结构的优点,在分子导线、化学传感器或驱动器、气体分离膜等方面有着潜在的应用。本文采用化学氧化聚合的方法合成了PPy纳米线,采用两步法制备了单分散的聚苯乙烯（PS）/PPy核/壳结构,并初步探讨了它们的形成机理。主要结果如下:（1）在十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）存在的条件下,以无机酸磷酸（PA）为掺杂剂,吡咯（Py）在15℃聚合合成了超亲水的PPy纳米线,其直径约为40-50 nm,长度可达到几微米。结果表明,CTAB的存在是PPy纳米线形成的必要条件之一,其浓度在0.0014-0.017 M之间时都可以得到规整的PPy纳米线;PA作为掺杂剂,有利于形成规整的PPy纳米线,其浓度在0-3 M之间时不会影响PPy纳米线的形貌;Py的浓度为0.019-0.038 M时,可以得到规整的PPy纳米线,而降低为0.0048 M时,可以观察到带状结构的PPy;聚合温度升高到50℃时可得到由PPy纳米粒子相互连接组成的线,而温度降低到0℃时得到不规整的PPy纳米线。此外,TGA测试结果表明,PA和CTAB的使用显著提高了PPy纳米线的热稳定性能,氮气氛条件下从常温升温至1000℃时,失重仅为55%左右。（2）在CTAB存在的条件下,以有机酸2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPSA）为掺杂剂,Py在15℃聚合合成了润湿性可控的PPy纳米线,其直径约为20-40 nm,长度可达到几微米。结果表明,相对磷酸体系,AMPSA、Py浓度分别在0-0.034 M和0.0048-0.038 M之间时,可以得到规整的PPy纳米线,而聚合温度在0-15℃之间变化也不会影响PPy纳米线的形貌;通过调节反应试剂比例（CTAB/AMPSA）,可得到润湿性可控的PPy的纳米结构;TGA测试结果表明,PPy的热稳定性能分别随反应体系中CTAB（0-0.04 M）和AMPSA（0-0.14 M）浓度的增加而提高。（3）采用两步法制备了单分散的PS/PPy核/壳结构。结果表明,PPy纳米粒子沉积在PS微球表面,紧密排列形成壳层,随着反应体系中吡咯单体浓度的增加,部分PPy会聚集在一起形成亚微米尺寸的粒子。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 导电聚合物
• 1.1.1 导电聚合物的研究概况
• 1.1.2 导电聚合物的分类
• 1.2 PPy 的结构
• 1.3 PPy 的合成
• 1.3.1 电化学聚合法
• 1.3.2 化学氧化聚合法
• 1.4 PPy 的掺杂机理
• 1.5 导电聚合物纳米结构的合成
• 1.5.1 无模板法
• 1.5.2 模板法
• 1.5.2.1 硬模板法
• 1.5.2.2 软模板法
• 1.6 选题背景及主要研究内容
• 1.6.1 选题背景
• 1.6.2 研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.2 仪器及设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 无机酸掺杂制备PPy 纳米线
• 2.3.2 有机酸掺杂制备PPy 纳米线
• 2.3.3 单分散PS/PPy 核/壳结构的制备
• 2.3.3.1 单分散PS 微球的合成
• 2.3.3.2 单分散PS/PPy 核/壳结构的制备
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 形貌观察
• 2.4.1.1 FESEM 观察
• 2.4.1.2 TEM 观察
• 2.4.2 红外分析
• 2.4.3 XRD 分析
• 2.4.4 热稳定性能分析
• 2.4.5 润湿性能测试
• 2.4.6 紫外光谱分析
• 第3章 无机酸掺杂制备超亲水的聚吡咯纳米线
• 3.1 PPy 纳米线的形貌
• 3.1.1 CTAB 浓度对PPy 纳米结构形貌的影响
• 3.1.2 磷酸浓度对 PPy 纳米结构形貌的影响
• 3.1.3 吡咯单体浓度对PPy 纳米结构形貌的影响
• 3.1.4 聚合温度对 PPy 纳米结构形貌的影响
• 3.2 PPy 纳米结构的润湿性分析
• 3.3 PPy 纳米结构的TGA 分析
• 3.4 PPy 纳米线的XRD 分析
• 3.5 PPy 纳米结构的红外光谱分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 有机酸掺杂制备润湿性可控的聚吡咯纳米线
• 4.1 PPy 纳米结构的形貌
• 4.1.1 CTAB 浓度对PPy 纳米结构形貌的影响
• 4.1.2 AMPSA 浓度对PPy 纳米结构形貌的影响
• 4.1.3 吡咯单体浓度对PPy 纳米结构形貌的影响
• 4.1.4 聚合温度对 PPy 纳米结构形貌的影响
• 4.2 PPy 纳米结构的润湿性分析
• 4.3 PPy 纳米结构的TGA 分析
• 4.4 PPy 纳米结构的XRD 分析
• 4.5 PPy 纳米结构的红外光谱分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 单分散核/壳结构的聚苯乙烯/聚吡咯的制备
• 5.1 单分散 PS 微球的合成
• 5.1.1 分散聚合机理
• 5.1.2 单分散PS 微球的形貌
• 5.2 单分散 PS/PPy 核/壳结构的制备
• 5.2.1 单分散核/壳结构导电高分子粒子的形成机理
• 5.2.1.1 种子粒子表面聚合机理
• 5.2.1.2 聚合沉积机理
• 5.2.2 单分散PS/PPy 核/壳结构形貌
• 5.3 单分散 PS/PPy 核/壳结构的紫外光谱分析
• 5.4 单分散 PS/PPy 核/壳结构的红外光谱分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表论文目录