导电聚苯胺的制备方法及应用
聚苯胺的一种合成方法与流程专利
一、概述聚苯胺（Polyaniline，PANI）是一种重要的有机导电高分子材料，具有良好的导电性、稳定性和光学性质，广泛应用于传感器、储能设备、电磁屏蔽材料等领域。
在聚苯胺的合成方法中，存在着多种不同的合成途径和反应条件，其中一种较为常用的方法是通过氧化聚合反应合成，其合成路线相较于其他方法更为简单、环保且产率高。
二、氧化聚合合成方法氧化聚合合成方法是一种通过氧化剂（如FeCl3、APS等）在辅助酸性溶液（如HCl）中将苯胺单体氧化成聚苯胺的反应。
该方法具有合成条件温和、产品纯度高等优点，是一种较为常用的合成方法。
以下为氧化聚合合成方法的一种具体流程：1. 材料准备苯胺（C6H5NH2）：1mol氢氯酸（HCl）：浓度为37的溶液过氧化苯甲酰（APS）：摩尔比与苯胺为1：12. 反应步骤（1）制备苯胺溶液：将苯胺加入适量的HCl中，搅拌溶解得到苯胺溶液。
（2）氧化聚合反应：将苯胺溶液与APS按1:1的摩尔比混合，加入辅酸性溶液中进行氧化聚合反应。
3. 反应控制（1）温度控制：反应温度通常控制在0-5摄氏度，过高的温度容易导致产物氧化程度过高，使聚苯胺结构受损。
（2）时间控制：反应时间通常为数小时至一天不等，需根据具体条件进行调整。
三、实施案例与优势经过氧化聚合反应合成的聚苯胺具有高导电性、良好的溶解性、良好的稳定性和成本较低等优点。
在某专利中，研发团队采用了氧化聚合合成方法成功合成了一种高质量的聚苯胺材料，并根据其实验结果申请了相关的专利，其具体特点包括：1. 优质产品：该合成方法得到的聚苯胺产品具有较高的形貌均一性和导电性，适用于电子器件领域。
2. 高产率：该合成方法具有较高的产率，合成反应条件易于控制。
3. 环保性：该合成方法中不需大量的有机溶剂，具有较好的环保性。
四、结论与展望氧化聚合合成方法作为一种常用的聚苯胺合成途径，具有合成条件温和、产品质量优良、易于扩展产量等优点，且在实际应用中取得了一定的成功案例。
聚苯胺的制备
随着社会科技的发展，绿色能源成为人类可持续发展的重要条件，而风能、太阳能等非可持性能源的开发和利用面临着间歇性和不稳定性的问题，这就催生了大量的储能装置，其中比较引人注目的包括太阳能电池、锂子电池和超级电容器等。
超级电容器作为一种新型化学储能装置，具有高功率密度、快速充放电、较长循环寿命、较宽工作温度等优秀的性质，目前在储能市场上占有很重要的地位，同时它也广泛应用于军事国防、交通运输等领域。
目前，随着环境保护观念的日益增强，可持续性能源和新型能源的需求不断增加，低排放和零排放的交通工具的应用成为一种大势，电动汽车己成为各国研究的一个焦点。
超级电容器可以取代电动汽车中所使用的电池，超级电容器在混合能源技术汽车领域中所起的作用是十分重要的，据英国《新科学家》杂志报道，由纳米花和纳米草组成的纳米级牧场可以将越来越多的能量贮存在超级电容器中。
随着能源价格的不断上涨，以及欧洲汽车制造商承诺在1995年到2008年之间将汽车CO2的排放量减少25%，这些都促进了混合能源技术的发展，宝马、奔驰和通用汽车公司已经结成了一个全球联盟，共同研发混合能源技术。
2002年1月，我国首台电动汽车样车试制成功，这标志着我国在电动汽车领域处于领先地位。
而今各种能源对环境产生的负面影响很大，因此对绿色电动车辆的推广提出了迫切的要求，一项被称为Loading-leveling(负载平衡)的新技术应运而生，即采用超大容量电容器与传统电源构成的混合系统“Battery-capacitor hybrid”(Capacitor-battery bank) [1]。
目前对超级电容器的研究多集中于开发性能优异的电极材料，通过掺杂与改性，二氧化锰复合导电聚合物以提高二氧化锰的容量[1、2、3]。
生瑜(是这个人吗？)等[4]通过原位聚合法制备了聚苯胺/纳米二氧化锰复合材料，对产物特性进行细致分析。
因导电高分子具有可逆氧化还原性能，通过导电高分子改性，这对于提高二氧化锰的性能和利用率是很有意义的。
导电高分子聚苯胺简介
参考文献
• [1] 旷英姿. 导电高分子聚苯胺的合成及应用. 精细化工中 间体. 2004年8月,第34卷第4 期 • [2] 景遐斌,ห้องสมุดไป่ตู้利祥,王献红,耿延候,王佛松. 导电聚苯胺的合 成、结构、性能和应用. 高分子学报. 2005年10月, 第5期 • [3] 张连明,司慧涵,谢英男,詹自力,蒋登高. 聚苯胺的合成与 应用研究现状. 广西轻工业. 2007年2月,第2期 • [4] 曹丰,李东旭,管自生. 导电高分子聚苯胺研究进展. 材料 导报. 2007年8月,第21卷第8期 • [5] 王杨勇,强军锋,井新利,姚胜. 导电高分子聚苯胺及其应 用. 化工新型材料. 2003年3月, 第31 卷第3期 • [6] 周媛媛,余旻,李松,李蕾. 导电高分子材料聚苯胺的研究 进展. 化学推进剂与高分子材料. 2007年,第5卷,第6期
• 据上述模型推断聚苯胺的掺杂反应如下:
b.
氧化还原掺杂
• 事实上,除了质子酸掺杂外,我们还发现,聚苯胺也象其 它的导电高分子一样,能够进行氧化还原掺杂,这就是 “碘掺杂”、“光助氧化掺杂”以及“离子注入掺 杂” .
• 以上还原态聚苯胺的氧化掺杂和氧化态聚苯胺的还原掺杂, 与聚苯胺的质子酸掺杂一起,构成了聚苯胺的掺杂行为的 全貌. 显然,究竟发生哪一种掺杂,决定于它的化学结构:
导电高分子聚苯胺简介
Polyaniline
聚苯胺(PANI)
一．前言 二．聚苯胺的结构与性质 三. 聚苯胺的合成方法 四. 聚苯胺的掺杂 五. 聚苯胺的应用
一．前言
聚苯胺自从1984 年, 被美国宾夕法尼亚大学的 化学家MacDiarmid 等重新开发以来, 以其良好的 热稳定性, 化学稳定性和电化学可逆性, 优良的电 磁微波吸收性能, 潜在的溶液和熔融加工性能, 原 料易得, 合成方法简便, 还有独特的掺杂现象等特 性, 成为现在研究进展最快的导电高分子材料之一, 以其为基础材料, 目前正在开发许多新技术, 例如 全塑金属防腐技术、船舶防污技术、太阳能电池、 电磁屏蔽技术、抗静电技术、电致变色、传感器 元件、催化材料和隐身技术等。
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。
聚苯胺
三. 聚苯胺的合成方法
• 1 • 2 化学氧化聚合法 电化学聚合法
四. 聚苯胺的掺杂
• “掺杂”一词来源于半导体化学,指在纯净的无机 半导体材料如硅、锗或镓中加入少量具有不同价 态的第二种物质,以改变半导体材料中空穴和自由 电子的分布状态。导电高分子领域的“掺杂”与 无机半导体的“掺杂”概念还是有一定的差别。 无机半导体的掺杂是原子的替代, 掺杂量很低, 没 有脱掺杂过程。而导电高分子的掺杂是氧化还原 过程,其掺杂实质是电荷转移;掺杂量很大,可高达 50 %;导电高分子掺杂具有完全可逆的过程 。
5. 在抗静电方面的应用
• 聚苯胺电导率可在10-5～105S/m 范围内调节, 与 其它高分子材料的相容性大于金属和炭黑, 并且有 好的稳定性和耐腐蚀性等, 因此有望成为新的抗静 电材料。
6. 在其它方面的应用
• 在电致发光管应用方面, 聚苯胺是重要的新型显示材料之 一, 会大大降低发光二极管的工作电压, 在延长器件寿命方 面,IBM研究小组使用导电聚苯胺作电极的隔离层, 将发光 器件的寿命延长了1000 倍。利用聚苯胺的电致变色特性, 可以用它来做智能窗和各种电致变色薄膜器件, 在军事伪 装方面有着较大的应用前景。利用聚苯胺吸收微波的特性, 法国已研制出了隐形潜艇。 • 通过改变掺杂剂的种类和浓度调整材料的形态, 可精确控 制聚苯胺薄膜的离子透过率及气体透过率、分子尺寸的选 择性, 因此聚苯胺也可用来制作选择性透过膜。聚苯胺在 不同氧化态下体积有显著的不同, 对外加电压有体积响应, 可以用于制造人工肌肉。聚苯胺还可用作光学器件及非线 性光学器件。
五. 聚苯胺的应用
• • • • • • 1. 2. 3. 4. 5. 6. 防腐涂料 二次电池 在金属防腐领域的应用 在电磁屏蔽材料方面的应用 在抗静电方面的应用 在其它方面的应用
《聚苯胺基导电水凝胶的制备和性能研究及其在柔性传感器的应用》
《聚苯胺基导电水凝胶的制备和性能研究及其在柔性传感器的应用》一、引言随着科技的发展，柔性电子器件在众多领域中得到了广泛的应用。
其中，柔性传感器因其独特的性能和广泛的应用前景，受到了广泛的关注。
聚苯胺基导电水凝胶作为一种新型的柔性材料，具有优异的导电性、柔韧性和生物相容性，是制备柔性传感器的重要材料之一。
本文将重点探讨聚苯胺基导电水凝胶的制备方法、性能研究及其在柔性传感器中的应用。
二、聚苯胺基导电水凝胶的制备聚苯胺基导电水凝胶的制备主要包括原料准备、化学反应和凝胶化过程。
首先，需要准备聚苯胺单体、交联剂、溶剂等原料。
然后，通过化学聚合反应将聚苯胺单体进行聚合，形成聚苯胺链。
接着，通过加入交联剂和溶剂，使聚苯胺链发生交联和凝胶化，最终形成聚苯胺基导电水凝胶。
三、聚苯胺基导电水凝胶的性能研究聚苯胺基导电水凝胶具有优异的导电性、柔韧性和生物相容性。
首先，其导电性能主要源于聚苯胺链中的π电子共轭结构，使得其具有较高的电导率。
其次，其柔韧性主要归因于水凝胶的三维网络结构，使其能够在受到外力时发生形变而不破裂。
此外，其生物相容性使其在生物医学领域具有广泛的应用前景。
通过对聚苯胺基导电水凝胶的电学性能、力学性能和生物相容性等方面进行深入研究，可以为其在柔性传感器中的应用提供重要的理论依据。
四、聚苯胺基导电水凝胶在柔性传感器中的应用聚苯胺基导电水凝胶在柔性传感器中的应用主要表现在其可以作为传感器的敏感元件。
由于聚苯胺基导电水凝胶具有优异的导电性和柔韧性，可以将其制备成薄膜、纤维等形态，用于构建柔性传感器。
在传感器中，聚苯胺基导电水凝胶可以感知外界的形变、压力、温度等物理量，并将这些物理量转化为电信号，从而实现对外界环境的感知和响应。
此外，聚苯胺基导电水凝胶的生物相容性也使其在生物医学传感器、人工皮肤等领域具有广泛的应用前景。
五、结论聚苯胺基导电水凝胶作为一种新型的柔性材料，具有优异的导电性、柔韧性和生物相容性，为柔性传感器的制备提供了新的选择。
聚苯胺电合成实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解聚苯胺的合成原理和电化学合成方法。
2. 掌握电化学合成聚苯胺的实验操作技能。
3. 研究不同合成条件对聚苯胺性能的影响。
二、实验原理聚苯胺（Polypyrrole，PPy）是一种具有导电性的导电聚合物，其合成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，通过在苯胺溶液中引入氧化剂，在电极上发生氧化还原反应，生成聚苯胺。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：苯胺、氧化剂（如过硫酸铵）、导电聚合物溶液、导电聚合物粉末、电极、电解液、电化学工作站等。
2. 实验仪器：电化学工作站、恒温水浴、磁力搅拌器、电子天平、玻璃电极、电极夹具、扫描电镜等。
四、实验步骤1. 准备工作：（1）配制苯胺溶液：称取一定量的苯胺，加入适量的溶剂（如无水乙醇）溶解，配制成一定浓度的苯胺溶液。
（2）配制氧化剂溶液：称取一定量的氧化剂，加入适量的溶剂溶解，配制成一定浓度的氧化剂溶液。
（3）准备电极：将导电聚合物粉末与导电聚合物溶液混合，涂覆在电极上，晾干备用。
2. 电化学合成：（1）将电极浸入电解液中，调整电极电位。
（2）开启电化学工作站，进行电化学合成实验，记录电流、电压等参数。
（3）实验结束后，取出电极，用扫描电镜观察聚苯胺的形貌。
3. 性能测试：（1）用电化学工作站测试聚苯胺的电化学性能，如电导率、氧化还原峰电流等。
（2）用电子天平称量电极的质量，计算聚苯胺的质量。
五、实验结果与分析1. 形貌观察：扫描电镜结果显示，聚苯胺在电极上形成均匀的薄膜，具有良好的导电性。
2. 电化学性能：（1）电导率：实验结果显示，聚苯胺的电导率随氧化剂浓度的增加而增加，在氧化剂浓度为0.1 mol/L时，电导率达到最大值。
（2）氧化还原峰电流：实验结果显示，聚苯胺的氧化还原峰电流随氧化剂浓度的增加而增加，在氧化剂浓度为0.1 mol/L时，氧化还原峰电流达到最大值。
六、实验结论1. 采用电化学合成法可以成功合成聚苯胺，且具有良好的导电性。
电化学方法合成聚苯胺
电化学方法合成聚苯胺的研究摘要膜科学技术自50年代以来发展迅速，现已在工业、农业、医学等领域获得广泛应用。
就膜材料而言，有机膜发展最早，因其柔韧性好、成膜性能好、品种多等优点而获得大规模应用。
聚苯胺电致变色膜作为一种导b电聚合物材料，具有易合成、均相、性质均一、能牢固附着在支持物上等优点具有广阔的市场应用前景。
本文利用循环伏安法，采用三电极体系，研究在碳布电极表面合成聚苯胺膜。
本实验考查了苯胺单体浓度、溶液酸度、质子酸类型、线性扫描速率、扫描圈数等对合成聚苯胺膜的影响规律。
实验发现聚苯胺的电化学氧化过程是一个自催化过程。
镀液中苯胺单体浓度越大对成膜越有利，但是受苯胺的溶解度影响，镀液中的硫酸与苯胺的浓度比应大于1 : 1。
另外降低扫描速率，适当增加扫描圈数有利于聚苯胺膜的形成，最佳扫描速率为25mv/s。
聚苯胺的电化学活性明显依赖于质子化的程度，在苯胺与硫酸组成的镀液中，H2SO4浓度越大，膜的氧化还原可逆性越大，聚苯胺的自催化效应越强，质子酸中硫酸对聚苯胺的电化学生成的促进作用最大。
关键词：聚苯胺，循环伏安，影响规律AbstractThe technology of film science has developed rapidly since the 1950s. It is widely used in industry, agriculture, medicine and other fields. The organic film was developed first. It is well applied in many filds because of its flexibility, film-forming properties, and has many kinds of product. The electrochromic display film of polyaniline is one of electronically conducting polymers, it has a broad market prospect because it is easily synthesized, character uniform and can be firmly attached to the substrates. The work studied synthesis of polyaniline film on carbon cloth with three elctrodes by means of cyclic voltammograms.Synthesis of polyaniline films on carbon cloth are related to aniline concentration, solution acidity, bronsted acid type, linear scan rate and scanning numbers etc. It was found that the polyaniline electrochemical oxidation process is a self-catalytic process. It was found the higher the aniline concentration is, the esaier polyaniline synthesize is, because of the solubility of aniline in the water, sulfuric acid and aniline should be more than 1: 1 in concentration. Furthermore it was favorable to synthesize polyaniline films when reduce scan rate and increase the numbers of scanning appropriately, and the best scan rate is 25 mv/s. The activity of polyaniline films was significantly depended on the extent of the proton, in the solution of aniline and sulfuric acid bath, the greater the H2SO4concentration is, the greater the film’s redox reversible is, the stronger the self-catalytic effect is ,and sulfuric acid can promote the speed of synthesis ofpolyaniline on the carbon cloth.Key words: polyaniline，cyclic voltammograms，effect rules目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (6)1.1引言 (6)1.2聚苯胺的结构、颜色和导电性 (7)1.3聚苯胺的应用 (8)1.3.1 在金属防腐上的应用 (8)1.3.2 在电池方面的应用 (9)1.3.3 在导电纤维上的应用 (9)1.3.4 在电磁屏蔽材料方面的应用 (10)1.3.5 在抗静电方面的应用 (10)1.3.6 在其它方面的应用 (11)1.4聚苯胺的合成方法 (11)1.4.1 化学方法 (11)1.4.3 微乳液聚合 (12)1.4.4 电化学方法 (13)1.5循环伏安法 (16)1.6本论文的工作 (18)第二章实验部分 (18)2.1实验装置与仪器 (18)2.2化学试剂 (19)2.3实验步骤 (19)2.3.1 碳纤维电极预处理 (19)2.3.2 溶液配制 (20)2.3.3 聚苯胺膜的电化学制备 (20)第三章结果与讨论 (21)3.1苯胺单体浓度对成膜的影响 (21)3.2循环伏安扫描圈数对成膜的影响 (23)3.3循环伏安扫描速率对成膜的影响 (25)3.4酸度对聚苯胺在电极表面成膜的影响 (26)3.5质子酸类型对成膜的影响 (28)3.6聚苯胺膜在碳布表面形貌观察 (29)第四章结论 (31)参考文献 (32)致谢 (35)第一章绪论1.1 引言材料科学已经成为21世纪的前沿科学，材料科学的发展对许多科学领域的发展都有促进作用。
聚苯胺的合成和表征、
聚苯胺和聚乙炔1.1导电聚苯胺作为一种新型的功能高分子材料，越来越受到科学家们的关注。
因为它具有合成方法简单、掺杂机制独特、环境稳定性良好等优点，而且它还具有广阔的开发与应用前景。
聚苯胺在电池、金属防腐、印刷、军事等领域展示了极广阔的应用前景，成为现在研究进展最快、最有工业化应用前景的功能高分子材料。
但是聚苯胺的难溶解、难熔融、不易加工等特性阻碍了聚苯胺的实用化进程。
聚苯胺的合成方法主要有化学氧化聚合法（乳液聚合法、溶液聚合法等）和电化学合成法（恒电位法、恒电流法、动电位扫描法等），近年来，模板聚合法、微乳液聚合、超声辐照合成、过氧化物酶催化合成、血红蛋白生物催化合成法等以其各自的优点而受到研究者的重视。
1984年,MacDiarmid在文献中提出聚苯胺具有以下可以相互转化的4种理想形式:2.1化学合成（1）化学氧化聚合化学氧化法合成聚苯胺是在适当的条件下，用氧化剂使苯胺(An)发生氧化聚合。
苯胺的化学氧化聚合通常是在苯胺/氧化剂/酸/水体系中进行的。
较常用的氧化剂有过硫酸铵、重铬酸钾（K2Cr2O7）、过氧化氢（H2O2）、碘酸钾（KIO3）和高锰酸钾（KMnO4）等。
（NH4)2S2O8由于不含金属离子、氧化能力强，所以应用较广。
聚苯胺的电导率与掺杂度和氧化程度有关。
氧化程度一定时，电导率随掺杂程度的增加而起初急剧增大，掺杂度超过15％以后，电导率就趋于稳定，一般其掺杂度可达50％。
井新利等通过氧化法合成了导电高分子聚苯胺，研究了氧化剂过硫酸铵（APS）与苯胺单体的物质的量之比对PANI 的结构与性能的影响。
结果表明，合成PANI 时，当n（APS）：n（An）在0.8 ～1.0 之间聚合物的产率和电导率较高。
研究表明，聚苯胺的导电性与H+掺杂程度有很大关系：在酸度低时，掺杂量较少，其导电性能受到影响，因而一般应在pH值小于3的水溶液中聚合。
质子酸通常有HCl、磷酸（H3PO4）等，苦味酸也用来制备高电导率的聚苯胺，而非挥发性的质子酸如H2SO4和HCIO4等不宜用于聚合反应。
聚苯胺的制备实验报告
聚苯胺的制备实验报告姓名：吉武良院系：化院20系学号：PB13206270摘要:本实验利用化学氧化聚合法制备聚苯胺，旨在了解一种新型的功能聚合物---导电聚合物，探讨电子导电聚合物的结构与机理，并掌握聚苯胺的合成方法。
关键词:导电聚合物聚苯胺Abstract:In this experiment, the chemical oxidative polymerization preparing polyaniline, aimed at understanding a novel functional polymer --- conductive polymer , to investigate the structure and mechanism of the electronically conductive polymer and grasp the polyaniline synthesis method .Keywords:Polyaniline Conducting polymer一、引言导电聚合物（conducting polymer）：又称导电高分子，是指通过掺杂等手段，能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物。
通常指本征导电聚合物（intrinsic conducting polymer），这一类聚合物主链上含有交替的单键和双键，从而形成了大的共轭π体系。
π电子的流动产生了导电的可能性。
1977年A. J. Heeger、A. G. MacDiarmid 和白川英树(H. Shirakawa) 发现，聚乙炔薄膜经电子受体(I，AsF5等) 掺杂后电导率增加了9个数量级，(他们为此共同获得2000年度诺贝尔化学奖) 。
这一发现打破了有机聚合物都是绝缘体的传统观念，开创了导电聚合物的研究领域，诱发了世界范围内导电聚合物的研究热潮。
大量的研究表明，各种共轭聚合物经掺杂后都能变为具有不同导电性能的导电聚合物，具有代表性的共轭聚合物有聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚对苯撑乙烯、聚对苯等。
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导电聚苯胺的制备方法及应用1862年H.Letheby发现作为颜料使用和研究的聚苯胺，1984年，MacDiarmid在酸性条件下，由聚合苯胺单体获得具有导电性聚合物，通过20多年的研究，聚苯胺在电池、金属防腐、印刷、军事等领域展示了极广阔的应用前景，成为现在研究进展最快、最有工业化应用前景的功能高分子材料。
聚苯胺的合成方法主要有化学氧化聚合法(乳液聚合法、溶液聚合法等)和电化学合成法(恒电位法、恒电流法、动电位扫描法等)，近年来，模板聚合法、微乳液聚合、超声辐照合成、过氧化物酶催化合成、血红蛋白生物催化合成法等以其各自的优点而受到研究者的重视。
本文就近些年来导电高分子材料聚苯胺最新的研究现状，以对比的方法概述了合成聚苯胺的几种方法及其在各领域的应用。
1导电聚苯胺的合成方法1.1化学合成(1)化学氧化聚合化学氧化法合成聚苯胺是在适当的条件下，用氧化剂使An发生氧化聚合。
An的化学氧化聚合通常是在An/氧化剂/酸/水体系中进行的。
较常用的氧化剂有过硫酸铵((NH4)2S2O8)、重铬酸钾(K2Cr2O7)、过氧化氢(H2O2)、碘酸钾(KIO3)和高锰酸钾(KMnO4)等。
(NH4)2S2O8由于不含金属离子、氧化能力强，所以应用较广。
聚苯胺的电导率与掺杂度和氧化程度有关。
氧化程度一定时，电导率随掺杂程度的增加而起初急剧增大，掺杂度超过15%以后，电导率就趋于稳定，一般其掺杂度可达50%。
井新利等通过氧化法合成了导电高分子PANI，研究了氧化剂APS与苯胺单体的物质的量之比对PANI的结构与性能的影响。
结果表明：合成PANI时，当n(APS):n(An)在0.8-1.0之间聚合物的产率和电导率较高。
研究表明，聚苯胺的导电性与H+掺杂程度有很大关系：在酸度低时，掺杂量较少，其导电性能受到影响，因而一般应在pH值小于3的水溶液中聚合。
质子酸通常有HCl、磷酸(H3PO4)等，苦味酸也用来制备高电导率的聚苯胺，而非挥发性的质子酸如H2SO4和HCIO4等不宜用于聚合反应。
但HCl稳定性差，易挥发，在较高温度下容易从PANI链上脱去，从而影响其导电性能。
用大分子质子酸如十二烷基苯磺酸(DB-SA)、二壬基奈磺酸、丁二酸二辛酯磺酸等掺杂聚苯胺，在提高其溶解性的同时还可以提高其电导率。
大分子质子酸具有表面活化作用，相当于表面活性剂，掺杂入聚苯胺中既可以提高其溶解性又可以使PANl分子内及分子间的构象更有利于分子链上电荷的离域化，大幅度提高电导率。
同时，同小分子酸比较，有机磺酸具有较高的热稳定性。
因此，有机磺酸掺杂将拓宽PANI掺杂剂的选择范围。
ShannonK 等以(NH4)2S2O8和过硫酸钾为氧化剂研究了PSSA掺杂PANI的制备和性质。
(2)乳液聚合乳液聚合法制备聚苯胺有以下优点：①用无环境污染且低成本的水为热载体，产物不需沉析分离以除去溶剂；②若采用大分子有机磺酸充当表面活性剂，则可一步完成质子酸的掺杂以提高聚苯胺的导电性；③通过将聚苯胺制备成可直接使用的乳状液，可在后加工过程中，避免再使用一些昂贵(如NMP)的或有强腐蚀性(如H2SO4)的溶剂。
乳液聚合法以DBSA作为掺杂剂和乳化剂制备的PANI具有良好的导电性和溶解性，聚合产率大于80%，聚苯胺的电导率大于1S/cm，在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中溶解度达86%，且分子质量也较大。
与化学氧化合成的聚苯胺相比，溶解性显著提高。
Yin Wusheng等将苯胺十二烷基苯磺酸(AnDBSA)和苯胺盐酸(AnHCl)混合，聚合成共掺杂的PANI。
利用DBSA提高可溶性和HCl改善导电结构的特点，使得到的衍生物可溶于氯仿等一般溶剂中，得到的电导率比HCl-PANI和DBSA-PANI明显提高。
1.2电化学合成聚苯胺的电化学聚合法主要有：恒电位法、恒电流法、动电位扫描法以及脉冲极化法。
一般都是An在酸性溶液中，在阳极上进行聚合。
电化学合成法制备聚苯胺是在含An的电解质溶液中，使An在阳极上发生氧化聚合反应，生成粘附于电极表面的聚苯胺薄膜或是沉积在电极表面的聚苯胺粉末。
Diaz等人用电化学方法制备了聚苯胺薄膜。
目前主要采用电化学方法制备PANI电致变色膜，但是，采用电化学方法制备PANI电致变色膜时存在如下几点缺陷：(1)不能大规模制备电致变色膜；(2)PANI膜的力学性能较差；(3)PANI膜与导电玻璃基底粘结性差。
1.3模板聚合法模板聚合法是一种物理、化学等多种方法集成的合成策略，使人们在设计、制备、组装多种纳米结构材料及其阵列体系上有了更多的自由度。
用多孔的有机薄膜作为模板，可制得包含PANI在内的微米复合物和纳米复合物。
薄膜上的小孔起到了模板的作用，并且决定了制品颗粒的形状尺寸、取向度等。
Guo-Li Yuan等采用模板聚合法合成了导电聚苯胺，他们在生物材料磷酸甘露糖(PMa)、中进行苯胺的聚合反应，得出PANI-PMa聚合物，可制得最大的电导率8.3×10-4S/cm。
1.4辣根过氧化物酶催化合成酶催化合成导电聚苯胺具有简单、高效、无环境污染等优点，是一种更具有发展前景的合成方法。
目前，以HRP为催化剂合成PANI成为研究的热点。
辣根过氧化物酶(HRP)可以在过氧化氢的。
存在下催化氧化很多化合物，包括芳族胺和苯酚。
HRP含有辅基血红素(或称高铁原血叶琳)，该辅基是酶的主要活性部位(如结构1)。
反应中，HRP作为催化剂最终回到初始状态，而且过氧化氢最后会转化成水，所以只需要最小限度的分离和净化步骤。
HRP与底物的催化循环如图1所示。
天然酶(HRP)从过氧化氢得到2个氧化当量，生成中间体HRP-I。
HRP-I继而氧化底物(RH)，得到部分氧化的中间体HRP-Ⅱ，HRP-Ⅱ再次氧化底物(RH)，经过两步单电子还原反应HRP又回到它的初始形态，然后重复以上过程。
底物在这里可以是苯酚或者芳族胺单体；R·是苯酚或者芳族胺的自由基形式。
这些自由基连接起来形成二聚物，并继续氧化，如此继续最终生成聚合物。
研究表明，酶促聚合已经成为另一种合成具有电、光活性高分子的方法。
Samuelsont等以辣根过氧化酶作氧化剂，合成了水溶性的PANI。
W.Liu等以HRP为催化剂，H2O2为氧化剂，SPS原位掺杂合成水溶性的PANI，其电导率随着pH值的增加而减少，pH=4-5时，电导率为10-3S/cm；pH=7-8时，电导率为10-7S/cm。
但HRP也有其局限性，HRP在pH<4.5时，活性与稳定性都很差，合成的PANI电导率受到影响，限制了其应用。
Zhe Jin等采用固定化HRP为催化剂，H2O2为氧化剂，SPS原位掺杂合成水溶性的导电聚苯胺。
HRP用壳聚糖进行固定化，采用固定化HRP的优点：可再次利用、降低成本，且在pH=6缓冲剂中保持稳定性和活性。
Alexey V. Karamyshev 等第一次以漆酶催化合成了PANI，漆酶在酸性介质中呈现较高的活性与稳定性，在合成过程中以SPS为模板、磷酸氢二钠为氧化剂，合成的水溶性PANI的电导率可达2×10-7S/cm。
1.5纳米聚苯胺的合成聚苯胺颗粒减小到纳米级时，由于其较小的尺寸可能会使其更有效地掺杂，增强链内和链间的相互作用，提高结晶度；有望在电学、光学以及相关的纳米光电子器件上获得广泛的应用。
聚苯胺纳米粒子通常是在纳米尺度的空间内形成，如乳液聚合中的微胶束、反相微乳液聚合中的水核、核-壳聚合中的核粒子表面以及电化学聚合中的特制电极表面等。
微乳液聚合形成纳米导电聚苯胺的基本方法如下：(1)正相微乳液聚合正相微乳液聚合是以水为分散连续相形成“水包油”(O/W)型乳液而实现An的氧化聚合。
获得聚苯胺纳米乳胶粒子的关键在于乳化剂的选择及其乳液的配制。
目前常用的表面活性剂有阴离子表面活性剂DBSA、十二烷基磺酸钠(SDS)以及非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚-9(NP-9)等。
S.K.Moulton等以DBSA为掺杂剂和乳化剂，APS为氧化剂，合成了纳米导电聚苯胺，反应中n(An):n(APS):n(DBSA)=1:1:1，生成球形粒径为81-82cm的聚苯胺纳米分散液，四探针测得电导率为15S/cm。
最近研制的大分子表面活性剂还可以控制生成的聚苯胺胶乳粒子的粒径。
这是一种带有憎水端基的两亲性表面活性剂(HEURs)，亲水部分为聚氧乙烯链；其链长可由起始原料聚乙二醇的相对分子质量来控制。
在正相微乳液聚合中，如果乳化剂的乳化效果不佳，则聚合反应还可能在胶束外部发生，从而还可能同时获得亚微米级聚苯胺颗粒。
(2)反相微乳液聚合反相微乳液聚合是以油为分散连续相形成“油包水”(W/O)型乳液而实现An的氧化聚合。
它是油、水、乳化剂和助乳化剂组成的各向同性、热力学稳定的透明或半透明的分散体系，分散相尺寸为纳米级，对光线无散射。
反相微乳液聚合制备的纳米聚苯胺最小粒径可达10nm，而且粒子分布比较均一，同时结晶度也最高。
反相微乳液聚合中水和乳化剂的摩尔比(水乳比)是制备聚苯胺纳米粒子过程中一个非常关键的因素，它不仅会影响粒子的大小，还会影响粒子的形态。
一般，随水乳比的增大，聚苯胺纳米粒子直径逐渐增大，有时其粒子形状也将发生从球形到针形乃至到薄片形的转化。
(3)超声辐照微乳液聚合超声辐照微乳液聚合具有转化速率快、粒径分布窄、乳化剂用量低、不需外加引发剂等特点，因此成为制备聚合物纳米粒子的新方法。
利用超声波在液体媒介中传播时产生的空化效应，引起强烈的分散、搅拌、粉碎、引发等作用，不仅能够加速反应的进行，而且能够促进单体在乳液体系中的分散，对生成的乳胶粒子还有一定的稳定作用，从而降低乳化剂的用量。
Xia等以十六烷基三甲基溴化铵为乳化剂，加入盐酸水溶液和APS水溶液，得到均匀透明的反相微乳液。
再将该微乳液施以超声辐照，同时滴加An的正己醇溶液，获得了粒径为10-60nm的聚苯胺。
Mahito Atobe等以聚环氧乙烷为稳定剂，碘化钾为氧化剂，HCl为掺杂剂，超声波法合成了PANI胶体分散液。
测得电导率为 3.0×10-2S/cm。
Y·Mosqueda.等采用超声辐照合成了电导率较高的PANI，并用LiNi0.8Co0.2O2和PANI 制成了锂电池的电极。
2聚苯胺的应用2.1二次电池材料聚苯胺具有良好的氧化还原可逆性，作为二次电池材料，聚苯胺共混物和复合物在蓄电池如锂电池的应用很有前景。
Macdiannid等研究了聚苯胺膜在电极不同电势下的结构与颜色变化，测量了聚苯胺在HCI掺杂后电导率与pH值的关系，并提出这种导电聚合物可用于轻便的高能电池中。
日本石桥公司和精工公司联合研制了3伏纽式LiAl/LiBF4-PC/PANI 电池，循环寿命>1000h，已作为商品投放市场。