导电高分子聚苯胺的合成
常见导电聚合物
常见导电聚合物导论导电聚合物是一类具有导电性能的高分子材料，具有优异的导电性、机械性能和化学稳定性。
常见导电聚合物广泛应用于电子、能源、传感器等领域。
本文将介绍几种常见的导电聚合物及其应用。
聚苯胺（Polyaniline）聚苯胺是一种有机导电聚合物，具有优异的导电性能和化学稳定性。
它可以通过化学氧化或电化学氧化反应合成。
聚苯胺的导电性主要来自于其共轭结构，其中苯环通过π电子共享形成导电通道。
聚苯胺在导电性能、电化学活性、光学性能等方面具有独特的优势，因此被广泛应用于电池、超级电容器、传感器等领域。
聚苯胺的合成方法1.化学氧化法：将苯胺单体与氧化剂反应，如过氧化氢、过硫酸铵等，生成聚苯胺。
2.电化学氧化法：将苯胺单体溶解在电解质溶液中，通过电化学氧化反应生成聚苯胺。
聚苯胺的应用1.电池：聚苯胺可以用作电池的电极材料，提高电池的导电性和储能性能。
2.传感器：聚苯胺可以用作气体传感器、湿度传感器等的敏感材料，具有高灵敏度和快速响应的特点。
3.超级电容器：聚苯胺可以用作超级电容器的电极材料，具有高能量密度和快速充放电的特点。
聚噻吩（Polythiophene）聚噻吩是一种常见的有机导电聚合物，具有良好的导电性和光电性能。
聚噻吩的导电性来源于其共轭结构，其中噻吩环通过π电子共享形成导电通道。
聚噻吩具有较高的载流子迁移率和较低的能带间隙，因此被广泛应用于有机光电器件、场效应晶体管等领域。
聚噻吩的合成方法1.化学氧化法：将噻吩单体与氧化剂反应，如过氧化氢、过硫酸铵等，生成聚噻吩。
2.电化学氧化法：将噻吩单体溶解在电解质溶液中，通过电化学氧化反应生成聚噻吩。
聚噻吩的应用1.有机光电器件：聚噻吩可以用作有机太阳能电池、有机发光二极管等器件的光电活性层，提高器件的光电转换效率。
2.场效应晶体管：聚噻吩可以用作场效应晶体管的有机半导体层，实现电荷输运和场效应调控。
聚乙炔（Polyacetylene）聚乙炔是一种具有高导电性的聚合物，是导电聚合物研究的先驱。
化学实验报告 聚苯胺的合成及表征
聚苯胺的合成及表征（省市师学院550018）摘要：本实验采用氧化聚合法，以苯胺为单体，过硫酸铵为氧化剂，探究投料比、酸种类、温度对合成聚苯胺的影响，及本征态聚苯胺的溶解性影响因素。
用傅里叶红外光谱仪对聚苯胺参杂前后的结构变化进行了测试，讨论了不同条件对聚合物的影响。
同时探究不同条件下合成的聚苯胺的溶解性。
关键词：聚苯胺合成表征溶解性前言：聚苯胺( PANI) 具有多样结构，独特的掺杂机，良好的稳定性和原料价廉易得等优点，一直是高分子领域的研究热点，在诸多领域都有良好的应用前景目前应用最为广泛的合成聚苯胺的方法是MacDiarm id 等提出的水溶液化学氧化聚合法。
该法简便易行, 适合大批量工业生产, 但通过该法制备所得聚苯胺的分子链含有大量缺陷，产物电导率较低，因此对苯胺化学氧化法合成条件对产率的影响进行了探究。
1. 实验部分1.1 实验试剂及仪器苯胺（An）(分析纯，AR天津博迪化工股份)、过硫酸铵(APS)(分析纯，AR 天津市科密欧化学试剂)、盐酸（HCl，优级纯）、硫酸（H2SO4）、高氯酸（HClO4）、磷酸（H3PO4）、氨水（NH3·H2O）、四氢呋喃（分析纯AR，天津博迪化工股份）、N,N-二甲基甲酰胺（分析纯AR，光华科技股份）、二甲基亚砜（分析纯AR，光华科技股份）、恒温玻璃搅拌器、85-2恒温磁力搅拌器(金坛市城东新瑞仪器厂)、傅里叶TENSOR-27型红外光谱仪（KBr压片）1.2聚苯胺的合成1.2.1聚苯胺的性质溶解性——聚苯胺由于其链刚性和链间强相互作用，使它的可溶性极差，在大部分常用的有机溶剂中几乎不溶，仅部分溶于N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮，这就给表征带来一定的困难，并且极限制了聚苯胺的应用。
通过结构修饰（衍生物、接枝、共聚）、掺杂诱导、聚合、复合和制备胶体颗粒等方法获得可溶性或水溶性的导电聚苯胺。
如在聚苯胺分子链上引入磺酸基团可得到水溶性导电高分子。
导电高分子材料聚苯胺
导电高分子材料聚苯胺（PAn）的研究进展摘要：本文主要结合导电高分子材料聚苯胺（PAn）目前现状,综述了聚苯胺的结构、特性、合成方法、用途。
指出了聚苯胺的发展方向和前景.关键词：性质、应用、合成方法、发展引言聚笨胺（olyaniline）即导电塑料，是一种高分子合成材料。
它是一类特种功能材料，有塑料的性质——密度和可加工性，又具有金属的导电性，还具备金属和塑料所欠缺的化学和电化学性能，在生活中有许多应用。
1聚苯胺的性质聚苯胺的主链上含有交替的苯环和氮原子，是一种稳定性较好的导电高分子材料，而且它的实际应用前景很广阔。
它具有优良的环境稳定性，是一种具有金属光泽的粉末。
聚苯胺是典型的高分子半导体，本身导电性很差（纯的聚苯胺不导电），需要掺杂以后才能提高导电性。
聚苯胺能被氧化，最终是白色。
1.1聚苯胺的结构1.2 聚苯胺的性质（1）导电性聚苯胺本身的导电性差，需要掺杂以后才能提高电性，它是典型的高分子半导体。
聚苯胺的导电性受很多因素的影响，除了分子链本身的结构外，还有PH值和温度等等。
导电性是聚苯胺的一个非常重要的特性，完全还原的聚苯胺是白色，不导电；再经氧化掺杂后显蓝色，不导电（如果完全氧化则不能导电）；再经酸掺杂后显绿色，导电。
PH值与聚苯胺导电率的依赖关系：当PH>4时，导电率与PH值无关，呈绝缘体性质；当2<PH<4时，导电率随溶液PH值的降低而迅速增加，其表现为半导体特性；当PH<2时，导电率与ph值无关，呈金属特性。
温度对聚苯胺导电性的影响也很大，在一定的温度范围内，导电性会有规律的变化，但温度超过后会改变聚苯胺的微观结构。
（2）热稳定性聚苯胺的热稳定性是待解决的问题，它的环境稳定性强，但它的加工强度和机械性能差。
聚苯胺难以保证经过常见工程塑料加工温度热处理后电导率不发生大幅度减弱甚至变为绝缘体。
（3）聚苯胺的溶解性由于聚苯胺链间的相互作用使得它的溶解性极差，相应地可加工性也差，限制了它在技术上的广泛应用。
有机导电材料-聚苯胺PPT
其他改性方法
其他改性方法包括交联改性、接枝改性、纳米改性等，这些方法可以改善聚苯胺的性能和拓宽其应用 领域。
交联改性是指通过化学反应使聚苯胺分子之间形成三维网络结构，提高其热稳定性和力学性能；接枝 改性是指将其他功能性基团连接到聚苯胺分子上，以改善其性能和拓宽其应用领域；纳米改性是指将 聚苯胺与纳米材料复合，利用纳米材料的特性改善聚苯胺的性能。
详细描述
模板法是一种制备具有特定形貌和结构聚苯胺材料的方法。通过使用不同的模板，如聚合物、无机物 或生物分子等，可以控制聚苯胺的聚合过程，从而得到具有特定结构和形貌的聚苯胺材料。该方法可 以制备出高性能的聚苯胺材料。
其他合成方法
总结词
除了上述三种方法外，还有一些其他合 成聚苯胺的方法，如光化学合成法、热 引发聚合等。
加强与其他学科的合作，推动聚苯胺在交叉学科领域 的应用和发展。
标准化与规范化
建立聚苯胺的标准化和规范化体系，促进其产业的健 康发展。
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此外，聚苯胺还可以作为药物载体和 生物医学成像剂等生物医学领域的应 用。
由于聚苯胺具有优异的电导率和环境稳 定性，它也被广泛应用于燃料电池、锂 离子电池和超级电容器等能源领域。
02
聚苯胺的导电机理
聚苯胺的导电性能
聚苯胺是一种具有导电性能的有机高分子材料，其导电性能 可以通过掺杂实现可调。在掺杂状态下，聚苯胺具有良好的 导电性和电化学活性，被广泛应用于传感器、电池、电容器 等领域。
03
聚苯胺的合成方法
化学氧化法
总结词
通过氧化剂如过硫酸铵、过氧化氢等引发，使苯胺单体在适当的溶剂中进行聚合，得到 聚苯胺。
详细描述
化学氧化法是最常用的聚苯胺合成方法之一。在适当的反应条件下，使用氧化剂引发苯 胺单体的聚合反应，通常在有机溶剂中进行，如甲酸、水、甲醇等。该方法操作简便，
聚苯胺导电态
聚苯胺导电态1. 引言聚苯胺是一种重要的有机导电材料，具有良好的导电性能和化学稳定性。
在导电态下，聚苯胺可以应用于多个领域，如电子器件、能源存储和生物传感等。
本文将详细介绍聚苯胺导电态的性质、制备方法以及应用领域。
2. 聚苯胺导电态的性质聚苯胺导电态具有以下主要性质：2.1 导电性能聚苯胺导电态具有良好的导电性能，可以实现电流的传导。
其导电性能与聚苯胺的掺杂程度有关，掺杂程度越高，导电性能越好。
聚苯胺导电态的导电机制主要包括载流子的离域和离子的迁移。
2.2 化学稳定性聚苯胺导电态具有较好的化学稳定性，可以在一定的环境条件下保持其导电性能。
然而，在一些特殊的环境下，如强酸、强碱和氧化剂等存在时，聚苯胺导电态可能会发生降解或失去导电性。
2.3 光学性质聚苯胺导电态具有一定的光学性质，可以吸收和发射光线。
其吸收光谱主要集中在紫外-可见光区域，而发射光谱主要位于可见光区域。
这些光学性质使得聚苯胺导电态在光电子器件中具有广泛的应用前景。
3. 聚苯胺导电态的制备方法聚苯胺导电态可以通过多种方法制备，下面介绍其中几种常用的制备方法：3.1 化学氧化聚合法化学氧化聚合法是制备聚苯胺导电态最常用的方法之一。
该方法使用氧化剂（如过氧化氢、过硫酸铵等）将苯胺单体氧化为聚苯胺导电态。
在反应过程中，氧化剂将苯胺分子氧化并形成氧化物，同时释放出质子，使聚苯胺形成导电态。
3.2 电化学聚合法电化学聚合法是利用电化学方法在电极表面直接聚合聚苯胺导电态的方法。
该方法通过在电极表面施加电压，使苯胺单体在电极表面发生氧化聚合反应，形成聚苯胺导电态。
电化学聚合法具有反应速度快、控制性好等优点，适用于制备薄膜状的聚苯胺导电态。
3.3 其他制备方法除了上述两种常用的制备方法外，还有一些其他的制备方法，如化学还原法、溶液浸渍法和激光光解法等。
这些方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的制备方法。
4. 聚苯胺导电态的应用领域聚苯胺导电态在多个领域具有广泛的应用，下面介绍其中几个主要的应用领域：4.1 电子器件聚苯胺导电态可以用作电子器件中的导电材料，如导电薄膜、导电纤维和导电墨水等。
聚苯胺的制备
实验十聚苯胺的制备一、实验目的1. 加深化学氧化法合成高分子材料的理解。
2. 掌握化学氧化法合成聚苯胺的实验技术。
二、化学试剂(品级AR)过硫酸铵20克盐酸（36-38%）20毫升苯胺10毫升乙醇50毫升碎冰块数千克三、仪器设备及耗材机械搅拌器（含聚四氟乙烯搅拌棒）1个温度计（150℃）1支分液漏斗（250mL）1个烧杯500mL 1个抽滤装置1套烧杯250mL 2个四、实验原理在本实验中制备聚苯胺采用化学氧化聚合法，该聚合反应大致分为3个阶段：(1)链诱导期和引发期；(2)链增长期；(3)链终止期。
在苯胺的酸性溶液中加入氧化剂，则苯胺将被氧化为聚苯胺，方法简单，能够批量制备聚苯胺，是一种制备聚苯胺的常用方法。
反应介质中酸的种类、浓度，氧化剂的种类、浓度、用量、添加速度以及反应温度等条件对最终得到的聚苯胺粉末的性质有直接的影响。
在诱导阶段生成二聚物，然后聚合进入第二阶段，反应开始加速，沉淀迅速出现，体系大量放热，进一步加速反应直至终止。
聚苯胺的低聚物是可以溶于水的，因此初始时反应在水溶液中进行。
苯胺的高聚物不溶于水，因此高聚物大分子链的继续增长是界面反应，反应在聚苯胺沉淀物与水溶液的两相界面上进行。
聚合反应如下：本实验中苯胺为单体、过硫酸铵为氧化剂、盐酸水溶液为反应介质，通过化学氧化聚合法合成聚苯胺。
产物经盐酸、乙醇、蒸馏水洗涤后可得到具有导电性能的掺杂态聚苯胺，再用氨水加入到掺杂态聚苯胺中反掺杂后得到绝缘的本征态聚苯胺。
五、实验步骤图10 将氧化剂溶液慢慢滴加到单体溶液中合成聚苯胺(1) 将20 g过硫酸铵溶解于200mL 1mol/L盐酸溶液。
(2) 量取10 mL苯胺加入到200 mL 1 mol/L盐酸溶液中，保持搅拌状态，并保持温度在10℃以下。
(3) 过硫酸铵的盐酸溶液通过分液漏斗加入到苯胺溶液，0.5h内加完，保持搅拌状态，持续反应2 小时，过滤，乙醇和蒸馏水洗后得聚苯胺。
六、讨论题1. 为什么本征态聚苯胺和掺杂态聚苯胺在导电性方面存在显著的差别？2. 通过过硫酸铵氧化合成聚苯胺的过程是放热反应，如何能够得到相对分子质量相对较大的聚合物？。
导电高分子对锂电池导电机理对比分析
导电高分子对锂电池导电机理对比分析导电高分子作为一种新型的导电材料，在锂电池领域展现出了广阔的应用前景。
它具有良好的导电性能、机械强度和化学稳定性，能够满足锂电池对导电性能和安全性的要求。
在这篇文章中，我们将对导电高分子在锂电池中的导电机理进行对比分析，以期了解不同导电高分子在锂电池中的优势和劣势。
第一种导电高分子是聚苯胺（PANI）。
聚苯胺由苯胺单体通过化学氧化聚合而成，其导电机理主要是通过质子传导和电子传导实现。
聚苯胺可以通过质子酸或碱溶液进行掺杂，从而形成导电的聚苯胺盐。
质子传导是指质子在链内或链间跳跃传导，而电子传导是指带电粒子在链内或链间运动。
聚苯胺材料的导电性能受温度、含水量和掺杂剂类型的影响显著。
聚苯胺作为锂电池正极材料，其导电性能和循环稳定性较好，但容量较低。
第二种导电高分子是聚噻吩（PTh）。
聚噻吩是由噻吩单体通过化学聚合合成得到的聚合物，其导电机理主要是通过电子传导实现。
聚噻吩可以通过摩尔比例合适的酸或碱溶液进行掺杂，从而形成导电的聚噻吩盐。
与聚苯胺相比，聚噻吩在化学结构上更加稳定，且导电性能更高，但其循环性能较差，容易发生失活和脱附。
因此，聚噻吩在锂电池中的应用相对受限。
第三种导电高分子是聚苯乙炔（PPE）。
聚苯乙炔是由苯乙炔单体通过化学聚合合成得到的聚合物，其导电机理主要是通过电子传导实现。
聚苯乙炔可以通过质子酸或碱溶液进行掺杂，从而形成导电的聚苯乙炔盐。
聚苯乙炔作为锂电池正极材料具有较高的导电性能和循环稳定性，但其机械强度较低，容易产生结构破裂和链段脱附。
导电高分子与其他导电材料相比，具有以下优势：首先，导电高分子具有较好的导电性能和化学稳定性，能够满足锂电池对导电性能和安全性的要求；其次，导电高分子的合成和加工较为简单，成本较低，具有良好的可扩展性和应用前景；最后，导电高分子具有较高的循环稳定性和低自放电特性，能够提高锂电池的循环寿命和能量密度。
然而，导电高分子也存在一些缺点：首先，导电高分子的导电性能和循环稳定性受影响较大，受温度、含水量和掺杂剂类型的影响显著，需要控制条件较为严格；其次，导电高分子的机械强度较低，容易产生结构破裂和链段脱附，影响其在锂电池中的稳定性和使用寿命；最后，导电高分子的容量较低，限制了其在电池中的应用。
电化学合成聚苯胺
电化学合成聚苯胺复合薄膜及其抗腐蚀性能研究专业：**** 学号:09020*** 姓名:*** 指导教师:** 教授摘要采用循环伏安法(CV)在不锈钢基体（SS）表面电化学合成聚苯胺(PANI)以及掺杂态PANI/Co2+复合薄膜。
利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X-衍射（XRD）等手段对薄膜的微观结构进行表征；在0.5 mol·L-1 H2SO4中，通过循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)、动电位极化曲线法(Tafel曲线)等方法考察了不同合成条件对聚苯胺、掺杂态PANI/Co2+薄膜抗腐蚀性能的影响。
结果表明：酸浓度、苯胺浓度、掺杂剂离子浓度、扫描速度、扫描圈数等对合成聚苯胺薄膜的性质有影响。
在0.5 mol·L-1硝酸、0.2 mol·L-1苯胺、0.1 mol·L-1硝酸钴下，制得的掺杂态聚苯胺薄膜膜层致密，厚度均匀，较单纯聚苯胺膜表现出最佳的抗腐蚀性能。
关键词：聚苯胺；电化学合成；抗腐蚀性AbstractPolyaniline (PANI ) film and the Polyaniline composite film doped nickel ions(PANI/Co2+) was synthesized in stainless steel substrate(SS) by cyclic voltammetry(CV). The structure and morphology of the films were characterized by fourier transform infrared (FTIR), X-ray diffraction(XRD) techniques. The electrochemical properties of the films composited under different conditions were investigated by cyclic voltammetry, Tafel polarization curve(Tafel)and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in 0.5 mol·L-1 H2SO4 electrolyte. The results suggest that the corrosion resistance of the composite films were affected by the the concentration of the acid, aniline and dopants together with the scan ning speed, and number of scan cycles.In a word, the doped polyaniline thin film prepared in 0.5mol·L-1nitric acid,and 0.2mol·L-1aniline with 0.1 mol·L-1Co（NO3）2 showed the best corrosion resistance than pure polyaniline film.Keywords: Polyaniline; Electrochemical synthesis; anti-corrosion一、前言导电高分子聚苯胺由于其原料廉价易得，合成容易且性能稳定等优点，成为世界研究的一个热点，被开发应用到多个领域如用作电极材料、防腐材料、防静电材料方面[1]。
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有机合成设计作业 1 / 7 导电高分子聚苯胺的合成及其性能研究 1、前言 电高分子是指经化学或电化学掺杂后可以由绝缘体向导体或半导体转变的含π电子共轭结构的有机高分子的统称。从1977 年日本筑波大学Shirakawa 教授发现掺杂聚乙炔(PA)呈现金属特性至今,相继发现的导电高分子有聚对苯(PPP)、聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚苯胺(PANI)和聚苯基乙(PPV)。由于导电高分子具有特殊的结构和优异的物化性能, 使其在电子工业、信息工程、国防工程及其新技术的开发和发展方面都具有重大的意义。其中因聚苯胺具有原料易得、合成工艺简单、化学及环境稳定性好等特点而得到了更加广泛的研究和开发, 并在许多领域显示出了广阔的应用前景。
聚苯胺的合成方法主要有化学氧化聚合、电化学聚合等方法。这些聚合方法各有特点, 聚合时间长短不一。电化学方法适宜小批量合成特种性能聚苯胺, 用于科学研究; 化学方法适宜大批量合成聚苯胺, 易于工业化生产。经典的化学法聚合一般是在酸性水溶液中使苯胺氧化聚合, 采用的氧化剂主要有( NH4 ) 2S2O8、K2Cr2O7 、H2O2 、FeCl3 等。Armers 和Cao 等对苯胺的聚合条件进行了研究和优化, 认为( NH4 ) 2S2O8是最理想的氧化剂[5] , 而且, 控制苯胺单体与氧化剂的物质的量比为1 B 1 时, 可获得高产率、高相对分子质量和高电导率的聚苯胺。因而, 目前大多数研究小组都采用与苯胺等物质的量的( NH4 ) 2 S2 O8 作为氧化剂。本文的主要是采用直接化学氧化聚合法, 以过硫酸铵作为氧化剂, 通过改变掺杂酸的种类、氧化剂的用量、反应温度以及反应时间来确定最佳的反应条件, 使反应所得的产物兼具良好的电导率和溶解性, 且产物的产率相对较高。并用红外光谱表征掺杂聚苯胺的特性。
2、聚苯胺的合成 2、1主要原料 苯胺( An)、 过硫酸铵( APS) 、 盐酸、 十二烷基苯磺酸( DBSA ) 、 十二烷基苯磺酸钠( LA S) 、 二甲基亚砜( DMSO) 、 N, N- 二甲基甲酰胺( NMF) : 2、2仪器与设备 78- 1 型磁力加热搅拌器、CL- 2 型恒温加热磁力搅拌器、DFY- 5/ 25 型低温恒温反应浴 YP- 2 型压片机、 SDY- 4 型数字式四探针电导率测试仪、 Nicolet360 型FT - IR 光谱仪 2、3 实验方法 2、3、1聚苯胺的合成 本实验采用化学氧化法直接合成导电聚苯胺。聚合反应在配有搅拌器的三口瓶中进行。首先在一定温度下, 取一定量的An 酸溶液放入三口瓶中, 滴加一定浓度的过硫酸铵酸溶液40 mL,在1 h 内滴加完毕。反应完毕后经抽滤, 用稀盐酸洗涤至无色以除去未反应的有机物和低聚物,再用无离子水冲洗至滤液pH U6。放入80 e 烘箱中干燥24 h 后, 研磨成粉末状, 得到掺杂态的导电聚苯胺。 2、3、2盐酸掺杂的聚苯胺的合成 取20 g An 溶液加入至20 mL 浓度为0. 5mol/ L 的盐酸溶液中, 放入三口瓶有机合成设计作业 2 / 7 中, 将转子固定在磁力搅拌器上。n( APS) B n ( An) = 1 B 2, 取APS 24. 47 g 。将APS 加入到40 mL 的浓度为1mol/ L 的盐酸溶液中搅拌均匀, 全部溶解后倒入滴定瓶, 将滴定瓶固定在搅拌器的架子上。调节滴定速度( 约2~ 3 s/ 滴) 使APS 溶液在1 h 内滴定完毕。反应完后经抽滤( 真空抽滤机抽滤直到滤液基本无色) 、干燥( 恒温烘箱80 e 烘干24 h) 、称重后研磨成粉状, 即得到盐酸掺杂的导电聚苯胺。 2、3、3LAS- 盐酸掺杂的聚苯胺的合成 取20 g An 溶液加入至20 mL 的浓度为0. 5mol/ L 的盐酸溶液中, 放入三口瓶中, 将转子固定在磁力搅拌器上。取LAS 2 g, 1 mol/ L 的盐酸5. 74 mL, 将LAS 溶于盐酸后加入到三口瓶中。n( APS) B n ( An ) = 1 B 2, 取APS 24. 47 g。将APS 加入到40 mL 的浓度为1 mol/ L 的盐酸溶液中搅拌均匀, 全部溶解后倒入滴定瓶, 将滴定瓶固定在搅拌器的架子上。调节滴定速度( 约2~ 3s/ 滴) 使APS 溶液在1 h 内滴定完毕。反应完后经抽滤( 真空抽滤机抽滤直到滤液基本无色) 、干燥( 恒温烘箱80 e 烘干24 h) 、称重后研磨成粉状, 即得到LAS - 盐酸掺杂的导电聚苯胺 2、3、4DBSA 掺杂的聚苯胺的合成 取20 g An 溶液加入至20 mL 的浓度为0. 5mol/ L 的盐酸溶液中, 放入三口瓶中, 将转子固定在磁力搅拌器上。取DBSA 2 g、浓度为1 mo l/ L的盐酸5. 74 mL, 将DBSA 溶于盐酸后加入到三口瓶中。n( APS) Bn( An) = 1 B2, 取A PS 24. 47g。将A PS 加入到40 mL 的浓度为1mol/ L 的盐酸溶液中搅拌均匀, 全部溶解后倒入滴定瓶, 将滴定瓶固定在搅拌器的架子上。调节滴定速度( 约2~ 3 s/ 滴) 使APS 溶液在1 h 内滴定完毕。反应完后经抽滤( 真空抽滤机抽滤直到滤液基本无色) 、干燥( 恒温烘箱80 e 烘干24 h) 、称重后研磨成粉状, 即得到DBSA 掺杂的导电聚苯胺。 2、2、5分析测试 采用SDY- 4 型数字式四探针电导率测试仪对干燥好的聚苯胺粉末压片进行电导率的测量。采用Nicolet360 型FT - IR 光谱仪对掺杂态聚苯胺测定红外谱图。 3 结果讨论 3、1质子酸掺杂的影响 质子酸是影响苯胺氧化聚合的一个重要因素, 它主要起两个方面的作用: 提供反应所需的酸度和以掺杂剂的形式进入聚苯胺骨架, 赋予一定的导电性。An 在不同的酸中都可以发生聚合反应得到聚苯胺, 但其反应后的产率、溶解性和电导率却有很大的差异。 3、1、2 质子酸掺杂对产率和电导率的影响 表1 是常温下, n( APS) B n( An) = 1 B 2, 掺杂酸2 g , 反应1 h, 聚合反应所得产物情况。 有机合成设计作业
3 / 7 本征态聚苯胺导电性差, 显电绝缘性。但磺化能有效地提高电导率。当磺酸基引入聚苯胺链时, 磺酸基团对聚苯胺链上的亚氨基进行掺杂, 形成自掺杂结构, 磺酸基上的氢离解形成分子内离子键, 得到导电的半醌式的极化子。但与盐酸掺杂的聚苯胺电导率相比, 磺化聚苯胺的电导率要低些, 这是由于磺酸基团的引入增大了苯环间的平面扭转角, 减弱了共轭体系轨道重叠, 使高聚物链上的电子定域性增加, 从而使磺化聚苯胺的电导率比质子酸掺杂的聚苯胺要低。 3、1、3 质子酸掺杂对溶解性的影响 表2 是常温下, n( APS) B n( An) = 1 B 2, 掺杂酸2 g, 反应1 h, 聚合反应所得产物在不同有机溶剂中的溶解情况。
从表2 中可以看出, 产物在有机溶剂中的溶解性比较好( 大部分都会溶解) , 在水中的溶解性很差, 甚至呈不溶状态( 水和聚苯胺分层) 。用大分子质子酸DBSA 掺杂所得的导电聚苯胺不仅电导率有所提高, 溶解性也相对有所改善, 这主要是因为大分子质子酸具有表面活化作用, 相当于表面活性剂, 掺杂后聚苯胺可以提高其溶解性[ 7] 。通过表1 和表2 可以得出有机酸掺杂所得的聚苯胺的产量高于无机酸, 且有机酸的电导率也较高。盐酸稳定性差, 易挥发, 在较高温度下容易从聚苯胺链上脱去, 从而影响导电性能, 且盐酸掺杂得到的产物相对其它2 种有机酸来讲产率较低。虽然DBSA 掺杂聚苯胺所得产物溶解性和电导率都有很好改善, 但DBSA 的提纯工艺较繁杂, 且大多需要采用两步掺杂的方法。所以选用LA S- 盐酸作为掺杂酸不仅工艺简单, 产物的产量高, 而且其电导率及溶解性也较高。 3、2氧化剂用量的影响 取掺杂酸为LAS - 盐酸, 氧化剂为过硫酸铵。有机溶剂用DMSO。在其它条件不变的情况下, 改变氧化剂的用量, 考察氧化剂的用量对合成聚苯胺性能的影响。 表3 是在常温下, 将20 g An 溶于20 mL 浓度为0. 5 mo l/ L 的盐酸溶液中, 2 g LAS 溶于5. 74 mL 的浓度为1 mol/ L 的盐酸溶液中后加入An 溶液中, 反应1 h, 改变氧化剂的用量所得产物的产率及电导率以及在DMSO 中的溶解率如表3 所示。 有机合成设计作业
4 / 7 从表3 中可以看出, 随着氧化剂用量的增加聚苯胺的产率呈现增大的趋势。当A n 聚合反应 在过硫酸铵与An 物质的量比较低时, 由于体系反应活性中心较少, 易于生成高相对分子质量的导电聚苯胺, 因此聚合产物的产率随着氧化剂用量的增加有所提高[ 8] 。且氧化剂的用量对聚苯胺的电导率有很大的影响。当n( APS) Bn( A n) =0. 4 时, 电导率最大, 达到8. 64 S/ cm。随着氧化剂过硫酸铵与An 的物质的量比的增加, 反应所得的导电聚苯胺的溶解性呈现先增大后减小的现象。 3、3酸浓度的影响 以LAS- 盐酸作为掺杂酸, n( APS) B n( An)= 0. 4, 有机溶剂采用DMSO。改变酸的浓度来研究不同的酸浓度对反应所得产物性能的影响。表4 是20 g An 溶于不同浓度的盐酸溶液中, 2 g LAS 溶于5. 74 mL 浓度为1 mol/ L 的盐酸溶液中后加入An 溶液中, n( A PS) B n( An) =0. 4, 反应1 h, 聚合反应所得产物情况。
从表4 中可以看出掺杂态聚苯胺的产率随着盐酸浓度的增加而增大, 但盐酸浓度增加到一定值后, 产率反而有所下降, 当盐酸的浓度为0. 5mol/ L 时产率最大。但当盐酸的浓度为0. 3 mo l/L 时, 电导率最大。随着盐酸浓度的增加, 反应所得的导电聚苯胺的溶解性呈现先增大后减小的现象。这是因为实验采用化学法合成掺杂态导电聚苯胺, 酸既用作质子酸, 又是掺杂剂。当掺杂酸超过一定用量后, 过量的掺杂酸很难从产物中除去, 由于所用的掺杂酸分子几乎不导电, 残留在产物中的过量部分就阻断了聚苯胺大分子间形成的导电通道, 使产物的电导率降低。掺杂酸用量少, 作用不充分, 合成的聚苯胺分子质量小且掺杂率低,故电导率、溶解性和产率都不高。 3、4反应温度对产率、溶解率和电导率的影响 反应温度不同, 所得产物的性能也会随之改变。表5 是不同温度下20 g An 溶于20mL 浓度为0. 3 mo l/ L 的盐酸溶液中, 2 g LAS 溶于5. 74mL 浓度为1 mol/ L 的盐酸溶液中后再加入An溶液中, n( APS) B n( An) = 0. 4, 反应1 h, 聚合反应所得产物情况。