回形針狀納米聚苯胺的合成及表征

趙 旭，李 強，李 亮

(武漢工程大學 材料科學與工程學院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

納米導電聚合物由于它們獨特的化學和物理性質及潛在應用于電子器件模塊受到了廣泛關注.合成納米聚合物的方法有很多，主要包括輔助模板法[1-3]，界面聚合[4]，軟模板聚合.然而，大多數報道的重點是合成零維或一維的納米結構(納米球，納米管)，很少關于高階空間納米結構，例如，應用于制造電子器件[5]的二維[6]或者三維納米結構.本文介紹了用氧化模板法合成二維回形針狀納米聚苯胺，其中的氧化模板是由陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和過硫酸銨(APS)組成的.這類氧化模板有潛力成為沉淀聚合法合成導電聚合物最常用的模板.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：苯胺；十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)；過硫酸銨(APS)；1 mol/L HCl；去離子水；丙酮.

儀器：標準四探針電導率儀；傅里葉紅外光譜儀；日立S-3000N型掃描電子顯微鏡；上海辰華CHI660D電化學工作站.

1.2 無模板聚苯胺的制備

在冰水浴的條件下，取0.09 mol的苯胺，加入60 mL濃度為1 mol/L的HCl攪拌10 min使其混合均勻，溶液都冷卻到0～3 ℃.再緩慢加入0.03 mol/L的APS，靜置反應24 h，深綠色的聚苯胺被析出，用大量去離子水，1 mol/L HCl和丙酮洗滌，最后真空干燥12 h.

1.3 有模板聚苯胺的制備

在冰水浴的條件下，取0.01 mol的CTAB使其均勻分散在60 mL濃度為1 mol/L的HCl中.然后磁力攪拌10 min，加入0.03 mol的APS并繼續攪拌10 min致使反應模板以白色顆粒的形式出現.溶液都冷卻到0～3 ℃.再加入0.09 mol/L的苯胺靜置反應24 h，深綠色的聚苯胺被析出，用大量去離子水，1 mol/L HCl和丙酮洗滌，最后真空干燥12 h.

2 結果與討論

2.1 電導率的測定

采用四探針法對所制備的聚苯胺材料進行了電導率的測定.將粉末在30 MPa壓力下壓片，結果如表1和表2和所示.測定電導率的公式如下：

(1)

式(1)中R為樣品電阻(Ω)；l為兩根探針間的距離(cm)；A為樣品的橫截面積.

表1 有模板制備聚苯胺的電導率

表2 無模板制備聚苯胺的電導率

從表1和表2中可以觀察到有無模板對聚苯胺的電導率影響不大，范圍在1.8～2.5 S/cm.無模板的電導率略大于有模板的，隨著氧化劑用量的增加，電導率都呈增大的趨勢，但是并不明顯.

2.2 表面形貌的分析

聚苯胺的掃描電鏡圖片如圖1所示.圖1顯示無模板制備聚苯胺的形態是顆粒狀的，而有模板的形態是回形針狀的.這表明有無CTAB的加入對聚苯胺的形態有很大影響.顆粒狀的直接約為100 nm，回形針狀的直接約為50～70 nm.同時單體與氧化劑的比例也對回形針狀的形貌有影響，當其比例達到最佳時形貌最清晰，如圖1C所示.

圖1 聚苯胺的掃描電鏡圖片

2.3 紅外光譜的分析

圖2 無模板制備聚苯胺的紅外圖譜

圖3 有模板制備聚苯胺的紅外圖譜

2.4 電化學分析

先將聚苯胺粉末在Pt電極制成膜，然后放入1 mol/L KCl電解液中進行掃描.掃描速率100 mV/s，掃描范圍：-0.2～1.0 V.掃描結果如圖4所示.

圖4 聚苯胺的循環伏安圖

從圖4中可知a和b均有一對氧化還原峰，其中a的氧化峰電壓為0.5 V，峰電流為3.8×10-5A；還原峰電壓為0.03 V，峰電流為6.0×10-5A.而b的的氧化峰電壓為0.4 V，峰電流為3.0×10-5A；還原峰電壓為0.05 V，峰電流為7.0×10-5A.因為a和b的氧化還原峰電壓差異不大，可以得出有無CTA的得加入對聚苯胺的電化學活性影響不大.

3 結 語

用常規氧化模板法制備了具有二維結構的回形針狀納米聚苯胺.其特點如下：

a.所用的氧化模板使反應迅速，同時此反應為一步法，反應過程簡單；

b.回形針狀的結構是由氧化模板薄片經過復雜的組裝形成的；

c.與不加入模板形成的聚苯胺顆粒樣品相比，納米回形針狀聚苯胺的電導率與電化學活性相差不大.

參考文獻：

[1] Cepak V M, Martin C R. Preparation of polymeric micro- and nanostructures using a template-based deposition method [J]. Chem Mater， 1999(11)：1363-1367.

[2] Zhang X, Zhang J, Liu Z, et al. Inorganic/organic mesostructure directed synthesis of wire/ribbon-like polypyrrole nanostructures [J]. Chem Commun, 2004:1852-1853.

[3] Wu A, Kolla H, Manohar S K. Green chemistry synthesis of nanostructured poly(2,5-dimethoxyaniline) [J]. Macromolecules, 2005(38): 7873-7875.

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