聚苯胺的制备与导电性的观察
导 电 聚 苯 胺 的 化 学 合 成 及 导 电 性 能
导电聚苯胺的化学合成及导电性能魏渊石圆圆罗亚茹刘正伦（广州大学化学化工学院化工系）摘要导电聚苯胺是结构和性能最稳定的导电高分子材料, 有较广泛的应用前景。
本实验用化学氧化合成方法，研究了氧化剂种类、用量以及介质酸的浓度等因素对苯胺聚合反应及产物性能的影响，并运用四探针法在电阻率测试仪上完成了PAn的电导率测试。
关键词导电聚苯胺，化学合成，掺杂，电导率前言传统的有机化合物由于分子间的相互作用弱，一般皆认为是绝缘体。
因而过去一直只注重高分子材料的力学性能和化学性能。
20世纪50年代初人们发现有些有机物具有半导体性质；60年代末又发现了一些具有特殊晶体结构的电荷转移复合物；70年代初发现了具有一定的导电性的四硫富瓦烯一四睛代对苯醒二甲烷(TTF一TCNQ)。
1977年人们发现：聚乙炔化学掺杂后电导率急剧增加，可以达到金属秘的导电性能。
此后人们开始关注高分子材料的导电性，逐渐开发出各种导电性高分子材料，如聚乙炔、聚毗咯、聚噬吩和聚苯胺等。
直到1984年聚苯胺才被MacDiarmid等人重新开发，他们在酸性条件下制备了高电导率的聚苯胺；1987年，日本桥石公司和精工电子公司联合制得了用聚苯胺为电极制成的钮扣式二次电池作为商品投向市场,使聚苯胺很快成为导电高分子中的研究热点[1]。
本实验采用盐酸进行掺杂，使苯胺氧化聚合为聚苯胺，而且就氧化剂的种类与用量、介质酸的浓度等因素对苯胺聚合产物的产率和导电性能的影响等进行了探究。
其聚合反应历程如0.1所示【2】图0.1 Radical reaction course of PANI polymerization 聚合反应可以分为三步：链引发、链增长和链终止。
首先，苯胺被慢速氧化形成阳离子自由基，苯胺阳离子自由基的形成是决定反应速率主要的一步。
接着，这个自由基阳离子可能失去质子或电子，与苯胺单体结合生成一个苯胺的二聚体，这种结合主要是以头尾相连接的方式结合，二聚体一旦形成，就可以被氧化剂迅速的氧化成醒亚胺结构，这是因为它的氧化潜能低于苯胺的氧化潜能。
导电聚苯胺的合成结构性能和应用
导电聚苯胺的合成结构性能和应用导电聚苯胺的合成方法分为化学氧化法和电化学氧化法。
化学氧化法主要是通过化学还原剂将苯胺单体氧化为导电聚合物。
常用的还原剂有过硫酸铵、过硫酸亚铁等。
电化学氧化法则是通过在电解质溶液中施加电压，将苯胺单体氧化为导电聚合物。
这两种方法都能较好地控制导电聚苯胺的结构和性能。
导电聚苯胺的合成结构性能与其氧化还原态有着密切的关系。
导电聚苯胺的氧化态（阳离子形式）具有氧化态-氧化反应的特性，能够导电，而还原态（中间形态）则失去导电性。
导电聚苯胺的导电机制主要是通过还原/氧化反应而发生的电子转移，导电性能较好。
此外，导电聚苯胺的导电性能还与其晶体结构和分子排列方式有关。
导电聚苯胺的应用领域广泛。
首先，由于其导电性能良好，可以用于电池和超级电容器等电子器件的电极材料。
导电聚苯胺作为电极材料能够提高电子传输效率，增强电池和超级电容器的储能性能。
其次，导电聚苯胺还可用于导电涂料、导电橡胶、导电纤维等领域。
导电聚苯胺能够在基体上形成导电网络，提高材料的导电性能。
最后，导电聚苯胺还可应用于传感器和光电器件等领域。
导电聚苯胺具有较好的敏感性和稳定性，能够用于制备各种传感器，如气体传感器、湿度传感器和生物传感器。
导电聚苯胺还可以用于制备有机太阳能电池和光电显示器等光电器件。
综上所述，导电聚苯胺作为一种具有导电性能和多样化应用的聚合物材料，其的结构性能和应用具有重要意义。
导电聚苯胺的合成方法简单，能够通过控制氧化还原态调节其导电性能。
导电聚苯胺的应用广泛，可用于电子器件、涂料、传感器和光电器件等领域。
随着对导电聚苯胺研究的不断深入，其在材料科学和应用领域的潜力将得到更大的挖掘和应用。
聚苯胺导电聚合物膜的制备及表征
聚苯胺导电聚合物膜的制备及表征化学学报 ACTA CHIMICA SINICA 研究论文 Article 聚苯胺导电聚合膜的制备及表征朱虹文鲁嘉乐刘璇王艺翔黄建涵*（中南大学化学化工学院,长沙,410083）摘要: 在 1.0-1.2 V 聚合电位下以ITO玻璃为基体合成聚苯胺,并且对其进行电化学性能表征和紫外吸收研究.循环伏安曲线结果表明 pH 值越小,即酸性越大,其氧化还原峰越多,且越明显.说明苯胺的氧化还原反应和溶液的 pH 值有关,酸度越大,聚苯胺越容易发生氧化还原反应,反之则越难发生氧化还原反应,这可能与聚苯胺的导电性机理有关.紫外吸收曲线在 450 nm 和 800 nm 处出现吸收峰,原因是聚苯胺中苯环结构中π-π跃迁和极子带 -π跃迁.关键词: 聚苯胺导电聚合膜; 循环伏安曲线; 氧化还原; 紫外吸收曲线**Preparation and characterization of polyaniline conductingpolymer filmZhu,hongwen Lu, Jiale Liu, Xuan Wang, Yixiang Huang, Jianhan*( College of chemistry and chemical engineering, Central South University, Changsha 410083)Abstract Employing ITO glass as a substrate, We synthesize Polyaniline at 1.0-1.2 V polymerization potential on Ithe were electrochemical characterization and purple outside. Cycle volt-ampere curve showed that the smaller the pH value, that is, the greater the acidity, the oxidationreduction peak is more and more obvious. It issuggested that oxidation and reduction of aniline is concerned with the solution pH value.With acidity increasing, polyaniline is prone to oxidation reduction reaction, conversely, the more difficult the oxidation reductionreaction will be, which may be related to the conductive mechanism of polyaniline. Ultraviolet absorption curve of absorption peaks appear in the450 nm and 800 nm. This is because of that polyaniline in benzene ring In the structure of pi pi * transition and subband pi * transition.Keyword Polyaniline conducting polymer film; cyclic voltammetry; redox; UV absorption curve1 引言在众多导电高分子材料中,聚苯胺（PANI）具有原料易得,合成过程简单,导电性优良等特点, 已成为目前最具应用前景的导电聚合[1]物材料之一.1984 年,MacDiarmid 提出了被广泛接受的苯式（还原单元）和醌式（氧化单元）结构共存的模型.随着两种结构单元的含量不同,聚苯胺处于不同程度的氧化还原状态,并可以相互转化.不同氧化还原状态的聚苯胺可通过适当的掺杂方式获得导电聚苯胺[2].聚苯胺有许多性能,如导电性,氧化还原性,催化性能,电致变色行为,质子交换性质及光电性质,最重要的是导电性及电化学性能.经一定处理后,可制得各种具有特殊功能的设备和材料,如可作为生物或化学传感器的尿素酶传感器,电子场发射源,较传统锂电极材料在充放电过程中具有更优异的可逆性的电极材料,选择性膜材料,防静电和电磁屏蔽材料,[3]导电纤维,防腐材料等等.导电聚苯胺具有较好的电磁屏蔽和微波吸收性能,如聚苯胺/聚氯乙烯导电共混材料的电磁屏蔽常数大于 50 dB.在二次电池(塑料电池) 中使用聚苯胺具有良好的充放电效果, 循环充电2000 次,库仑效率接近100%. 导电聚苯胺是一种良好的金属防腐蚀材料, 同时还是较好的防污材料,可在舰船上广泛应用.另外,聚苯胺还有电致变色,电子发光等可[4]被将来利用的性能.聚苯胺存在着多种合成方法,如化学氧化聚合法,电化学聚合法,现场聚合法,缩合聚合法等,主要分为化学法和电[5]化学法.与化学法相比,电化学法合成具有以下优点:①反应设备通用,反应条件温和,易研究论文化学学报于控制②产品纯度高,污染小;③电化学聚合与电化学掺杂可以一步完成等.本实验通过电化学聚合法中的恒电位法实行聚苯胺的合成,并且对其进行电化学性能表征和紫外吸收研究.2.2 聚苯胺导电薄膜性能表征 2.2.1 紫外吸收曲线取1.1V下制备的两个膜分别溶解于等量的水与乙醇溶液中,在300-800nm范围内对其进行扫描,可得紫外吸收曲线如图3所示,由于两膜均在同一条件下制备且溶于等量溶液中,两曲线峰形及吸光度相同,曲线几乎完全重合,吸收曲线在 450,800nm处有吸收峰.2 结果与讨论2.1 不同电压下聚苯胺导电薄膜制备按要求配制电解液,连接好电沉积装置后,设置相应参数分别在不同电位下制备聚苯胺薄膜,如图1所示,图中从左到右依次为1.0V,1.1V,1.2V下所得的产品,随着沉积电压增大,膜生长速度变快,所得膜均一性增加,膜厚度也增大,可能由于沉积电位增大有利于晶核的形成与生长,使沉积效果变好.图 1 不同电压下所制备的聚苯胺导电薄膜对不同电压下的i-t曲线如图2所示,可知随着沉积电位增大,电流不断增大,且1.1V,1.2V的曲线分别呈现出电流平台,可知已出现均匀成膜状态,所得膜相对较均匀一致.图 3 1.1V下产品紫外吸收曲线2.2.2 循环伏安曲线图 2 不同电压下的i-t曲线图 4 不同pH下的循环伏安曲线研究论文化学学报表 1 PAN存在形式及其颜色性质一览表将1.1V下所制备的薄膜分别置于浓度为0.5mol/L,0.05mol/L,0.005mol/L的硫酸溶液中,扫描范围为-0.4-1.0V,扫速为500mv/s,可得曲线如图4所示.由图可知,在 0.5mol/L 硫酸中,聚苯胺的循环伏安曲线的氧化还原峰数量相对较多,形状较明显,这说明在此条件下,苯胺比较容易发生氧化还原反应.在0.05 mol/L 硫酸中,聚苯胺的循环伏安曲线中,明显的氧化还原反应的峰只有一个.原因是 PH 增大,其氧化还原反应减弱.在 0.005 mol/L 硫酸中,氧化还原峰少且峰的情况不明显,这说明在此条件下,苯胺不容易发生氧化还原反应.在扫描过程中,可清晰观察到薄膜颜色有绿到蓝到紫的变化趋势,这是由于在不同电压下,聚苯胺有不同的电结构所造成的,如表1所示.在C=0.5 mol/L的溶液中薄膜颜色变化较明显,在C=0.05 mol/L的溶液中样品也会随扫描的进行发生颜色变化,而在C=0.005 mol/L的溶液中则无较明显的颜色变化,也可说明在苯胺的氧化还原反应和溶液的 pH 值有关,酸度越大,聚苯胺越容易发生氧化还原反应,反之则越难发生氧化还原反应.表 2 不同pH溶液中聚苯胺膜的峰电位图 5 pH与峰电位的关系曲线由上述循环伏安曲线找出各pH下的峰电位值,如表2所示,可得pH与峰电位的曲线,如图5所示,可得其满足线性关系,也可说明pH与聚苯胺发生氧化还原反应的能力.3 结论在 1.0-1.2 V 聚合电位下以ITO玻璃为基体合成聚苯胺,并且对其进行电化学性能表征和紫外吸收研究.循环伏安曲线结果表明 pH 值越小,即酸性越大,其氧化还原峰越多,且越明显.说明苯胺的氧化还原反应和溶液的 pH 值有关,酸度越大,聚苯胺越容易发生氧化还原反应,反之则越难发生氧化还原反应,这可能与聚苯胺的导电性机理有关.紫外吸收曲线在 450 nm 和 800 nm 处出现吸收峰,原因是聚苯胺中苯环结构中π-π跃迁和极子带*-π跃迁.硫酸浓度（mol/L）0.5 0.05 0.005pH 0 1 2响应电位（V）0.54 0.63 0.70研究论文化学学报 4 实验部分①苯胺,硫酸水溶液的配置分别取0.02mol的苯胺和0.2mol的硫酸于200ml蒸馏水中；②电极的预处理以ITO玻璃为研究电极,将ITO玻璃蒸馏水洗涤,分别在乙醇,二次水中超声清洗；③电解槽的装配将上述所配溶液置于电解槽,以处理过的ITO玻璃为研究电极,饱和甘汞电极为参比电极,Pt电极为辅助电极组成三电极体系；④用循环伏安法扫描确定聚苯胺制备的起始电位扫描范围为-0.1~1.5伏,扫描速度为10~50mv/s；⑤聚苯胺膜的制备聚苯胺膜的制备在电化学工作站上完成.选用恒电位法制备聚苯胺膜.聚合电位为-0.4~1.2伏,聚合时间为400秒.观察聚合电位对产品的影响；⑥聚苯胺膜的伏安特性将所制备的聚苯胺膜置于0.2mol/l的硫酸溶液中,做出它的循环伏安曲线.扫描范围为-0.4~1.5V,扫描速度为10-50mv/s.比较峰值电流的大小,分析聚苯胺膜在氧化还原条件下的稳定性；⑦聚苯胺光吸收将电极上的聚苯胺溶解,用Hitachi UV-2450型紫外-可见分光光度计测量它的吸收曲线图；⑧不同pH值条件下的循环伏安曲线配制不同pH值标准溶液3份（0.5,0.05,0.005mol/l的硫酸溶液）,pH=4的缓冲溶液,以饱和甘汞电极为参比电极,测定聚苯胺膜电极在各种溶液中的CV曲线,观察溶液pH对它的伏安特性的影响.扫描范围为-0.4~1.5伏,扫描速度为50mv/s.⑨观察不同介质中聚苯胺氧化还原峰的峰位的变化,并分析原因,画出pH与峰位的关系图.References[1] Baude, P. F.; Ender, D. A.; Haase, M. A.; Kelley, T. W.; Muyres, D. V.; Theiss, S. D. Appl. Phys. Lett. 2021, 82, 3964 [2] Klauk, H.; Halik, M.; Zschieschang, U.; Schmid, G.; Radlik, W.; Weber, W. J. Appl. Phys. 2021, 92, 5259.[3] Bheemireddy, S. R.; Ubaldo, P. C.; Rose, P. W.; Finke, A. D.; Zhuang, J.; Wang, L.; Plunkett, K. N. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 54, 15762.[4] Kelley, T. W.; Muyres, D. V.; Baude, P. F.; Smith, T. P.; Jones, T.D.Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2021, 771, 169. [5] Maliakal, A.; Raghavachari, K.; Katz, H.; Chandross,E.; Siegrist, Chem. Mater. 2021, 16, 4980.[6] Aubry, J. M.; Pierlot, C.; Rigaudy, J.; Schmidt, R. Acc. Chem. Res. 2021, 36, 668.感谢您的阅读，祝您生活愉快。
聚苯胺化学实验报告
一、实验目的1. 学习聚苯胺的合成方法。
2. 掌握聚苯胺的表征技术。
3. 了解聚苯胺的物理化学性质。
二、实验原理聚苯胺（PANI）是一种导电聚合物，具有良好的生物相容性、机械性能和化学稳定性。
本实验采用氧化聚合法合成聚苯胺，并通过循环伏安法、紫外-可见光谱和扫描电子显微镜对其进行表征。
三、实验器材与药品1. 实验器材：烧杯、磁力搅拌器、电极、电化学工作站、紫外-可见光谱仪、扫描电子显微镜等。
2. 药品：苯胺、过硫酸铵、硫酸、无水乙醇、氢氧化钠等。
四、实验步骤1. 合成聚苯胺（1）将1.0g苯胺溶解于10mL无水乙醇中，配制成苯胺溶液。
（2）在烧杯中加入10mL 0.1mol/L的硫酸溶液，滴加苯胺溶液，边滴加边搅拌。
（3）将烧杯放入磁力搅拌器中，搅拌30min。
（4）向烧杯中加入1.0g过硫酸铵，继续搅拌30min。
（5）用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为12，继续搅拌1h。
（6）将所得产物用无水乙醇洗涤，抽滤，干燥，得到聚苯胺固体。
2. 聚苯胺表征（1）循环伏安法：将制备的聚苯胺分散于乙醇中，用循环伏安法测试其电化学性质。
（2）紫外-可见光谱：测试聚苯胺的紫外-可见光谱，分析其光学性质。
（3）扫描电子显微镜：观察聚苯胺的微观形貌。
五、实验结果与分析1. 循环伏安法聚苯胺在循环伏安曲线中表现出明显的氧化还原峰，表明其具有良好的导电性。
2. 紫外-可见光谱聚苯胺在紫外-可见光谱中表现出明显的吸收峰，说明其具有典型的聚苯胺特征。
3. 扫描电子显微镜扫描电子显微镜显示，聚苯胺呈颗粒状，具有良好的分散性。
六、讨论与改进1. 合成聚苯胺时，反应条件对产物质量有很大影响。
本实验中，苯胺与硫酸的摩尔比为1:10，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1:1，反应时间为1h，pH值为12。
通过调整这些参数，可以优化聚苯胺的合成条件。
2. 在表征聚苯胺时，可以采用多种方法，如电化学阻抗谱、红外光谱等，以全面了解其物理化学性质。
3. 本实验中，聚苯胺的产率较高，为80%。
导电聚苯胺的制备及其表征
方法制备聚苯胺（ Ｐ Ａ ＮＩ ） 乳液 ； 采用扫描 电子显微镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 、 傅 氏转换 红外线 光谱分析 仪 （ Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ） 等对 聚苯胺 复合膜 进 行表 征。研 究发现 ： 聚苯胺颗 粒均 匀地 分散 在聚 乙烯 醇基 体上 ， Ｄ Ｂ Ｓ Ａ 用量 对聚苯 胺膜的 导 电性及 电致 变 色行 为
ｗａ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ（ Ｓ ＥＭ ） ，ｆ ｏ ｕ ｒ ｉ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ（ ＦＴＩ Ｒ） ，ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｖ ｉ ｏ —
ｔ ｈ ｅ Ｐ ＡＮＩ ／ Ｐ ＶＡ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ．Ｗ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ （ ＤＢ Ｓ Ａ） ／ ｎ （ ＡＮ）ｉ Ｓ ｓ ｅ ｔ ｔ ｏ ｂ ｅ １ ． ０ ３ ， ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ＡＮＩ ｃ ｏ ｍｐ ｏ － ｓ ｉ ｔ ｅ ｍｅ ｍｂ ｒ ａ ｎ ｅ ｉ Ｓ ｕ Ｄ ｔ ０ １ ． ２ ８ Ｓ ／ ｃ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｓ ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｒ ｏ ｍｉ ｃ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｎ ｃ ｅ ａ ｔ ｒ ｏ ｏ ｍ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ．
聚苯胺_制备实验报告
1. 了解聚苯胺的制备方法及其应用。
2. 掌握聚苯胺的合成原理和实验步骤。
3. 学习并掌握电化学合成聚苯胺的方法。
二、实验原理聚苯胺（Polyaniline，PANI）是一种导电聚合物，具有独特的化学、物理和电化学性质。
其制备方法主要有化学氧化法和电化学合成法。
本实验采用电化学合成法，通过在导电聚合物溶液中施加电压，使单体苯胺在电极上发生氧化聚合反应，形成聚苯胺。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：- 三电极体系：工作电极（铂电极）、参比电极（银/氯化银电极）、辅助电极（铂电极）- 伏安仪- 磁力搅拌器- 真空干燥箱- 电子天平- 移液器- 烧杯- 离心机2. 试剂：- 苯胺（分析纯）- 硼砂（分析纯）- 硫酸（分析纯）- 蒸馏水1. 准备工作：（1）将苯胺、硼砂和硫酸按一定比例混合，配制成单体溶液。
（2）将单体溶液置于三电极体系中，调整电极间距，确保工作电极与参比电极、辅助电极之间距离适宜。
2. 电化学合成：（1）打开伏安仪，设置合适的扫描速度和电位范围。
（2）在单体溶液中施加电压，进行电化学聚合反应。
（3）观察反应过程中溶液的颜色变化，当溶液颜色变为深蓝色时，停止反应。
3. 沉淀分离：（1）将反应后的溶液离心分离，收集沉淀物。
（2）用蒸馏水洗涤沉淀物，去除杂质。
4. 干燥与表征：（1）将洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中，干燥至恒重。
（2）对干燥后的聚苯胺进行表征，如红外光谱（IR）、扫描电子显微镜（SEM）等。
五、实验结果与分析1. 反应过程中溶液颜色变化：反应开始时，溶液颜色为浅黄色，随着反应的进行，溶液颜色逐渐变为深蓝色。
2. 聚苯胺的表征：（1）红外光谱（IR）分析：聚苯胺在红外光谱中显示出明显的特征峰，如苯环、苯胺基团等。
（2）扫描电子显微镜（SEM）分析：聚苯胺呈现出明显的层状结构，具有良好的导电性。
六、实验结论本实验采用电化学合成法成功制备了聚苯胺。
实验结果表明，聚苯胺具有良好的导电性和稳定性，具有较高的应用价值。
导电聚苯胺的制备方法及应用
导电聚苯胺的制备方法及应用导电聚苯胺是一种具有导电性质的高分子材料，其制备方法主要有化学氧化聚合法、电化学聚合法以及光聚合法等。
导电聚苯胺具有优良的导电性能和化学稳定性，因此在许多领域具有广泛的应用，如电子学、能源储存和传感器等。
一、化学氧化聚合法化学氧化聚合法是制备导电聚苯胺最常用的方法之一、该方法通过将苯胺溶解在酸性溶液中，然后加入氧化剂与苯胺反应，从而聚合形成导电聚苯胺。
具体的制备过程如下：1.酸性溶液的制备：将硫酸等酸性物质溶解在水中，调整pH值为酸性。
2.混合物的制备：将苯胺溶解在酸性溶液中，并加入氧化剂。
常用的氧化剂包括过硫酸铵、过氧化氢等。
3.聚合反应：将混合物在室温下静置一段时间，即可观察到溶液由无色逐渐变为蓝色或绿色，说明导电聚苯胺的形成。
4.聚合产物的处理：将聚合产物通过过滤、洗涤等方法进行固体分离和纯化。
二、电化学聚合法电化学聚合法是一种通过电活性物质进行电化学聚合的方法。
该方法通常使用两个电极（阳极和阴极）将苯胺溶液置于电解质中，通过控制电极之间的电势差，使苯胺发生氧化和还原反应，从而聚合形成导电聚苯胺。
具体的制备过程如下：1.电解槽的制备：将两个金属电极（阳极和阴极）插入电解质中，保持一定的距离。
2.溶液的制备：将苯胺溶解在电解质中，形成聚合溶液。
3.聚合反应：通过施加电压或电流，将电解槽连接到外部电源上，控制电极之间的电势差，使苯胺发生氧化和还原反应，从而聚合形成导电聚苯胺。
4.聚合产物的处理：将电极从聚合溶液中取出，经过洗涤、干燥等处理，得到聚合产物。
三、光聚合法光聚合法是一种利用光照激发苯胺发生聚合反应的方法。
该方法首先将苯胺溶解在溶剂中，然后加入光敏剂，通过光源的照射，使苯胺发生氧化聚合。
具体的制备过程如下：1.溶液的制备：将苯胺溶解在溶剂中，形成聚合溶液。
2.光敏剂的添加：适量的光敏剂被加入到聚合溶液中。
3.光照反应：将聚合溶液放置在光源下，进行照射。
光敏剂与光源发生反应，释放活性物质，使苯胺发生氧化聚合反应，形成导电聚苯胺。
导电聚苯胺的制备方法及应用
导电聚苯胺的制备方法及应用一、导电聚苯胺的概述导电聚苯胺是一种具有良好导电性质的高分子材料，其主要由苯胺单体经过氧化聚合反应形成。
导电聚苯胺具有良好的机械性能、化学稳定性和导电性能，可以被广泛应用于传感器、光伏电池、锂离子电池等领域。
二、制备方法1. 化学氧化法制备导电聚苯胺将苯胺单体溶解在盐酸中，加入过氧化氢作为氧化剂，反应生成阳离子型聚合物。
然后通过还原剂将阳离子型聚合物还原为中性的导电聚苯胺。
2. 电化学合成法制备导电聚苯胺将含有苯胺单体和氧化剂的溶液倒入双极板之间，施加外加电压，在阳极上发生氧化反应，生成阳离子型聚合物。
然后在阴极上还原成中性的导电聚苯胺。
三、影响制备效果的因素1. 氧化剂种类：不同种类的氧化剂对产物结构和性能有不同的影响，常用的有过氧化氢、硫酸铵等。
2. 溶液pH值：pH值对聚合物形态、导电性能等方面都有影响，一般情况下制备导电聚苯胺时，pH值在酸性范围内。
3. 反应温度：反应温度对聚合物的分子量、结晶度、导电性能等都有影响，一般情况下制备导电聚苯胺时，反应温度在室温下进行。
四、导电聚苯胺的应用1. 传感器领域：导电聚苯胺可以作为传感器材料，用于检测各种物质如氧气、二氧化碳、氨气等。
2. 光伏电池领域：导电聚苯胺可以作为光伏材料中的光伏层，提高光伏电池的效率。
3. 锂离子电池领域：导电聚苯胺可以作为锂离子电池中的正极材料，提高锂离子电池的循环稳定性和容量。
五、总结通过化学氧化法和电化学合成法可以制备导电聚苯胺，制备过程中氧化剂种类、溶液pH值、反应温度等因素会影响产物的结构和性能。
导电聚苯胺可以广泛应用于传感器、光伏电池、锂离子电池等领域，具有广阔的应用前景。
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实验七：聚苯胺的制备与导电性的观察姓名：辛璐学号：PB09206226 日期2011年11月10日目录1.1前言﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P22.1关键词﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ P23.1实验中的具体概念及部分产品的说明﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P23.1.1.共轭聚合物﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ P23.1.2.化学氧化聚合﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ P23.1.3.电化学聚合﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ P24.1实验的具体说明﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ P24.1.1对于功能高分子材料的认识和发展过程﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P24.1.2对于共轭化合物的具体说明﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ P24.1.2.1共聚化合物作为导电聚合物使用的普遍缺﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ P24.1.2.2聚苯胺具有的优点﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ P24.1.2.3聚苯胺的应用4.1.3 ：本实验制备原则的部分说明﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P24.1.3.1化学氧化聚合的一些条件4.1.3.2本反应采用的方式4.1.3.3对于聚苯胺溶解性的部分说明4.1.3.4对于聚苯胺导电性的影响因素﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P35.1实验的仪器药品以及其物理常数﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ P35.1.1实验仪器5.1.2实验药品5.1.3物理常数6.1实验的具体步骤﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ P46.1.1溶液聚合法6.1.2乳液聚合法7.1实验现象以及实验中出现现象及其本质的解释说明﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P5-P68.1 思考题与解答﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P6附录9.1 对于部分相关药品及专业名词的查找﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P79.1.1苯胺﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P7-P89.1.2聚苯胺﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍p89.1.3十二烷基苯磺酸﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P99.1.4 二甲苯﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍P101.1前言：本实验主要研究与了解一种功能性聚合物—导电聚合物，与之同时要掌握聚苯胺的合成方法，了解导电化合物的发展历程，功能高分子材料在现代工业生产生活中的应用，了解聚苯胺的优良工业性质与理化性质以及其影响导电性的外界因素，与此同时，锻炼自己的实验能力与对高分子材料的认识2.1关键词：导电聚合物；共轭聚合物；化学氧化，电化学聚合；聚苯胺3.1实验中的具体概念及部分产品的说明3.1.1.共轭聚合物：主链为长程的大-π共轭体系的聚合物，由于电子沿主链方向的迁移较为容易，因此为本征导电体。
3.1.2.化学氧化聚合：苯胺在酸性介质下以过硫酸盐或者重硫酸钾作为氧化剂而发生氧化偶联反应3.1.3电化学聚合：苯胺在电流作用下在电极下发生聚合，它可以获得聚苯胺薄膜，4.1实验的具体说明：4.1.1对于功能高分子材料的认识和发展过程:最早的导电聚合物是在20世纪70年代发现的聚乙炔，之后人们又陆续发现了聚苯乙炔、聚苯胺、聚噻吩等电子导电聚合物，纠正了人们对于有机聚合物不具有导电性的误解，为功能高分子材料的应用开辟了新的领域，由此派生出光导电，电致发光，光电存储等新的研究空间。
4.1.2：对于共轭化合物的具体说明4.1.2.1共聚化合物作为导电聚合物使用的普遍缺点：化学稳定性低，制备比较困难，加工性能差4.1.2.2.聚苯胺具有的优点：制备方法简单，制备条件容易控制，稳定性高，且具有良好的导电性，并且在质子交换，氧化还原，电致变色和三阶非光学性质上都有良好的性质4.1.2.3.聚苯胺的应用：塑料电池，电磁屏蔽，导电材料，发光二级管，光学元件。
4.1.3 ：本实验制备原则的部分说明：4.1.3.1化学氧化聚合的一些条件：化学氧化聚合聚合时所使用的酸通常为挥发性的的质子酸，浓度控制在0.5mol/L-4.0mol/L之间，反应介质可为水，甲基吡咯烷酮等极性溶剂。
4.1.3.2本反应采用的方式：使用化学氧化还原聚合方式可使用溶液聚合或乳液聚合进行，介质酸提供反应的所需质子，同时以掺杂剂的形式进入聚苯胺的主链使其具有导电性，使用电化学聚合时在酸性电解质溶液中得到蓝色产物，具有很高的导电性，电化学特性，电致变色性；碱性电介质中为深黄色产物4.1.3.3对于聚苯胺溶解性的部分说明：由于聚苯胺在大多数的溶剂中是不溶的，仅部分溶解于二甲基甲酰胺和甲基吡咯烷酮中，可溶于浓硫酸，采用苯胺衍生物聚合，嵌段共聚和接枝共聚等方法可以提高聚苯胺的溶解性，但是对其导电性会造成负面影响4.1.3.4对于聚苯胺导电性的影响因素：聚苯胺的导电性取决于聚合物的氧化程度与掺杂度，当PH＞4时聚苯胺为绝缘体，2＜PH＜4时导电率随PH的减小而迅速的增大，直接原因是掺杂的程度提高，当PH＜2时聚合物呈金属特性，导电率与PH无关。
5.1实验的仪器药品以及其物理常数5.1.1实验药品：36%浓盐酸；苯胺；过硫酸铵；十二烷基苯磺酸；二甲苯；丙酮5.1.2实验仪器：圆底烧瓶；平衡滴液漏斗；电磁搅拌器；油压机5.1.3物理常数：6.1实验的具体步骤6.1.1溶液聚合法：用36%的浓盐酸和蒸馏水配成2.0mol/L的盐酸溶液取50ml的稀盐酸加入4.7g苯胺，（0.05mol）搅拌溶解，配置成盐酸苯胺溶液，取11.4g过硫酸铵（0.05mol）溶解于25ml的蒸馏水中配置成过硫酸铵溶液，在电磁搅拌下于5℃的条件下用滴液漏斗将过硫酸铵溶液滴加在盐酸苯胺溶液中，25min滴加完毕，反应1h，结束反应之后，反应的混合物减压过滤，并用蒸馏水洗涤数次，用2.0mol/L的盐酸溶液浸泡2h之后掺杂，过滤干燥至恒重，计算产率最后将干燥的聚苯胺研磨成粉末，在1MPa的条件下压制成D=15mm；d=4mm的圆片，观察其导电情况。
6.1.2乳液聚合法：取25ml的十二烷基苯磺酸，加入200ml水和50ml的二甲苯，放入冰水浴中，机械搅拌使混合物乳化，加入5ml的苯胺，保持温度在0℃，30min内滴加1.0mol/L的过硫酸铵溶液100ml，此时溶液逐渐由乳白色变为黄绿色，继续搅拌6h之后变为墨绿色，静置，将反应乳液倒入丙酮中破乳，抽滤，用蒸馏水洗至无色，真空干燥，计算产率7.1实验现象以及实验中出现现象及其本质的解释说明①盐酸的取量可以由盐酸的密度与盐酸的体积计算，由于盐酸的质量分数为36%，所要制得的 2.0mol/L的稀盐酸可以由计算的量加上剩余的水的量共同添加，之后制成稀盐酸，其间速度尽量要快，可以明显地看出加入稀盐酸进入烧杯中时，在烧杯口有白雾生成，制好后可以用最大的烧杯盖好小烧杯，避免盐酸的过度挥发而影响在最后要用盐酸掺杂聚苯胺时盐酸的量②将苯胺加入稀盐酸中可以发现有棕黄色的的细丝在烧杯中存在，并且细丝在烧杯中悬浮并不消失，也不发生沉淀，之后感觉烧杯中有部分的细丝溶解③制备好过硫酸铵溶液，并且将反应的温度控制在5℃以下，如果发现盆中有明显的冰水，可以将再多加一些冰，以防止反应温度的升高而影响反应的进行。
④加入过硫酸铵溶液进入三口瓶中已经放置的盐酸-苯胺溶液，可以发现溶液的颜色由透明变为蓝黑色，在滴液漏斗中滴下的液体进入三口瓶中，可以发现滴下液体周围的溶液颜色变深，并生成不溶于试液的小颗粒，之后颜色变深颗粒增加。
⑤反应一小时后进行减压蒸馏，可以发现溶液的粘度大大的增加，并且所得溶液的颜色最终为紫黑色，进行减压蒸馏时，刚开始时为黑色溶液，之后经过自来水洗过几次之后，在瓶中的颜色为淡紫色，接近无色，无法在将其洗褪色。
将其抽成干裂之后将其转移到滤纸上，称量其湿重。
⑥所得固体的质量为14.5g，之后取少量的聚苯胺固体加入之前配好的2mol/L 的盐酸溶液，进行掺杂，由于没有进行导电性的测试，从外观表征上无法发现盐酸掺杂的聚苯胺和制好的聚苯胺的区别。
以下为查找相关文献资料所得结论⑦关于聚苯胺中盐酸浓度对聚苯胺的性能的影响：一般认为质子酸在苯胺聚合反应中主要起两种作用，提供反应介质所需的pH值和以掺杂剂的形式进入聚苯胺的骨架，赋予其一定的导电性【1】，经对不同的酸度下对于掺杂聚苯胺电导率的分析可知，当pH=1时产物的电导率很低，当pH增大到0.33时，电导率急剧增加，之后增加酸度可以发现电导率又开始下降，可能是在强酸条件下的氧化性的+结构的铵盐，而形成的共价键造成的增强对于聚苯胺共轭结构的破坏，生成NH3导电能力的降低【2】⑧对于聚苯胺中盐酸的掺杂有如下的方程式（Oxidation of aniline hydrochloride ammoniumperoxydisulfate yield polyaniline hydrochloride）⑨其他原因对于聚苯胺制备的影响：1.氧化剂用量的影响在盐酸苯胺浓度一定的情况下, 过硫酸铵浓度很大时, 反应的活性中心过多,不利于形成高分子的聚苯胺, 同时, 过剩的氧化剂还会使高分子链进一步氧化, 以致断裂成低分子化合物, 导致产物的电导率下降。
2.反应温度的影响聚苯胺的合成是剧烈的放热反应过程, 反应温度对产物的分子量及其分布都有很大的影响。
另外, 在较低的温度下聚合需要较长的时间才能达到较高的转化率和分子量, 适当延长反应时间可以提高聚苯胺的转化率和分子量, 但时间过长也会使已经形成的分子链在氧化环境中氧化降解, 从而降低其电导率。
在低温下容易形成高分子量聚苯胺。
【3】此外，聚苯胺体系的温度也可以影响其电导率，在温度大于90℃时，电导率增大，当温度大于100℃时电导率下降，在温度大于220℃时，其电导率下降约4个数量级。
其可能的原理如下，由于本征态聚苯胺是一种吸湿性很强的物质,吸湿后分子链紧缩造成其溶解度下降, 90℃时水分的减少使分子链的紧缩程度下降,因此聚苯胺的棒状链结构就可以发生少许的重排和链伸展,载流子的移动限制减少,导电通路更为通畅,从而使电导率增大。
当温度上升时，水分基本去除，去掺杂作用占主导地位，聚苯胺发生了热分解，重新生成了HCl，而造成其导电性的降低文献【1】井新利,赵卫兵,郑茂盛1 掺杂态聚苯胺的性能研究[ J ]1石化技术与应用, 2001, 19 (4) : 22522281【2】盐酸掺杂聚苯胺的制备及性能研究马娟娟1 ,刘霖2 ,朱绪飞2 ,张田林1 Chemical Research and Application Vol. 19；No. 11；Nov. 2007 100421656 (2007) 1121233205【3】盐酸掺杂制备导电性聚苯胺的工艺优化研究关荣锋, 王杏第12 期高分子通报 p49【4】[ 8 ]Gettinger C L, HeegerA J, Pine D J et al1 Solution char2 acterization of surfactant solubilized polyaniline [ J ] 1 Synth M et, 1995, 74: 8128818.1实验的思考题1.电子导电体应具有什么样的结构，为了使其导电，还应该采用什么样的措施？答：在本实验中电子导电体为主链为长程的大-π键共轭体系的聚合物，电子沿主链的方向进行迁移，固体电子导电体的理想模型为每次电子之间相互碰撞时，忽略了电子之间的相互作用，即考虑电子间的屏蔽效应（若考虑为液体模型就需考虑电子之间的弱相互作用力所产生的费米液体理论），每两次碰撞之间电子自由飞行，每次碰撞时，电子失去它在电场中获得的能量，根据在中心力场中的三维无限深球势阱的理论，在电场中，导电粒子应处于能量的一个本征态。