聚苯胺/金屬氧化物復合材料的制備及其應用進展

張日紅，王繼庫

(吉林師范大學 化學學院 環境友好材料制備與應用教育部重點實驗室，吉林 四平 136000)

聚苯胺/金屬氧化物復合材料的制備及其應用進展

張日紅，王繼庫*

(吉林師范大學 化學學院 環境友好材料制備與應用教育部重點實驗室，吉林 四平 136000)

聚苯胺是導電高分子化合物的一種，因其具有特殊的導電性、化學穩定性、原料易得和制備工藝簡單等特點，近年來聚苯胺及其與金屬氧化物復合材料的制備成為研究熱點，特別是在超級電容器電極材料方面的應用，展現了良好的發展前景。本文綜述了聚苯胺/金屬氧化物復合材料的合成方法，并且對聚苯胺/金屬氧化物復合材料的應用現狀做了系統的概述。

聚苯胺；金屬氧化物；化學性能；應用

早在1862年Letheby.H就開始完整的研究聚苯胺[1]，研究人員對聚苯胺的研究大體經歷了四個階段[2]。第一階段：在1831年Runge發現了聚苯胺，上世紀初的時候Green認為聚苯胺的基本氧化物是一種“苯胺黑”[3]， Willstatter則認為聚苯胺的基本氧化物是五種結構使得中間產物，并加以命名。第二階段:上世紀六十年代，Jozefrowicz了解到了其具有氧化還原性質子交換等性質，并且制備了相應的半導體材料，但最終研究結果被擱置了。第三階段:經過科研人員不懈的研究和改進，最終發現通過化學摻雜的發放能使其獲得導電性，并且MacDiannid[5]等研究人員提高了聚苯胺的導電率，至此高分子材料的導電引起了人們的極大關注。隨著研究的深入，人們逐漸發現聚苯胺是導電高分子材料中不可或缺的原料之一，在生活和工業領域也有很多應用，但由于聚苯胺本身難溶性、極性剛性差的原因[6]，因此改善和提高聚苯胺的加工性能和本身的穩定性和功能性的問題成為了現在亟待解決的問題。

1 聚苯胺和金屬氧化物復合材料的制備

1.1 吸附聚合法

張[7]等人采用吸附聚合的方法制備二氧化錳聚苯胺復合材料，通過表征后發現復合后形貌沒發生本質的改變，仍然呈現棒狀結構，但在催化有機染料方面得到較好的表現。這是因為與聚苯胺相結合，聚苯胺可起到載體作用，既可以防止納米粒子的團聚，又可以改進材料的催化性能，進而獲得同時具有聚苯胺的性能和納米材料的獨特功能的新型復合材料[8]。

1.2 固相法

龔建等[9]以雜多酸SiW12為摻雜劑，過硫酸銨為氧化劑，采用固相法成功制備了不同比例的聚苯胺氧化鋅納米粒子復合材料，隨著反應中納米氧化鋅粒子用量的減小，超聲分散的效果越好，因而生成的聚苯胺形態趨于粒度較小，分散好。

1.3 化學氧化法

宋恩鵬等[10]通過化學氧化法合成聚苯胺/四氧化三鐵的復合材料，通過與四氧化三鐵以及二氧化鎳等磁性物質復合后，吸波性能有明顯的改善，損耗最大可以達到19Db,由于鐵磁性物質的加入是的磁損耗加強。研究對廢水的吸附特性得出在五攝氏度、鹽酸濃度為1mol/L、吸附時間為四小時，該條件下對染料廢水的兒去除率達到82.71%。

1.4 表面引發聚合法

谷紅波等人使用表面引發聚合方法制備了四氧化三鐵/聚苯胺納米復合材料、二氧化硅/聚苯胺納米復合材料。含有四氧化三鐵鐵磁性材料的聚苯胺納米復合材料中的巨磁阻性能要相對高于非磁性的聚苯胺納米復合材料中的巨磁阻性能。

2 聚苯胺金屬氧化物復合材料的應用

2.1 微波吸收材料

隨著電子科技的發展,輻射問題隨之走向人們的視野。傳統的無機材料因其結構的特點所以在微波吸收領域有所限制[8]，因此人們把目光轉向了導電聚合材料。金屬材料的加入對復合材料的磁導率也有很大影響，能在一定程度上提高材料的吸波性能，反射損耗最低達到-24.61并且-10dB處吸收頻寬由2.72GHz提高到4.08GHz，從而得到性能優良的微波吸收材料。

宋恩鵬[9]等人采用水浴研磨的方法使鹽酸摻雜的聚苯胺和四氧化三鐵復合，鹽酸摻雜的聚苯胺材料在高頻處吸收比較明顯，在低頻處基本沒有吸收。而經過和四氧化三鐵復合，對微波的吸收性能發生了改變，在低頻率處也有一定的吸收并且穿越了聚苯胺的高頻吸收帶，高頻處拓展到16.8GHz，由于摻雜聚苯胺是接電損耗機制，并且四氧化三鐵具有吸磁性，使之進一步增加了對微波吸收的磁損耗。

2.2 生物傳感器

V.Mini，Kamath Archana[10]等人制備了聚苯胺/殼聚糖/氧化鈷三元復合材料，經過紅外光譜，X射線衍射，掃描電鏡，透色電子顯微鏡，熱重分析等分析了三元復合材料的結構性能及其物理化學性質，證明聚苯胺/殼聚糖/氧化鈷三元復合材料是以化學方式結合在一起的。通過掃面電鏡可以明顯的觀察到復合材料形態的改變，在鄰苯二甲酸酯的矩陣中四氧化三鈷配體的電荷轉移限制了復合材料的能帶間隙從而決定了晶格結構。此結構也為復合材料提供了特性，其性能的增強可以使材料應用于光電子催化生物醫藥和生物傳感器及能源儲存領域。

2.3 防腐蝕性涂層

劉洋[11]等人利用涂覆法使聚苯胺涂料分散長在氧化鋅納米棒的中間的碳鋼機體上，從而獲得致密且均勻的聚苯胺氧化鋅復合膜。納米氧化鋅棒能和聚苯胺涂層很好的鑲嵌交聯在一起，此方法在提高了膜層與金屬機體的結合力的同時使膜層的腐蝕性有效增加。聚苯胺中加入二氧化錳微粒是材料的耐腐蝕性顯著提高，二氧化錳含量為5%的復合材料的耐腐蝕性最優。主要是因為二氧化錳光催化水分解成活性氧，促使聚苯胺和底層的金屬接觸面生成鈍化膜，提高了電荷轉移抗阻和離子遷移阻力。

2.4 光催化性能

張俊龍[12]等人制備了二氧化錳和聚苯胺復合材料，對羅丹明B大分子和次甲基藍大分子有很好的降解作用。二氧化錳不僅具有存儲量豐富，價格低廉，而且具有對環境污染小的特點，所以它是一種常用的催化材料。研究表明，猛氧化物對腐殖酸、染料等污染物有較強的氧化作用及一定的催化降解和吸附能力，對溶液中陽離子有機染料有較好的消除作用。

趙世博[13]等人研究了聚苯胺(PANi)/TiO2-SiO2復合催化劑對甲醛的吸附和協同光催化作用結果表明復合聚苯胺的存在使吸光范圍拓展到可見光區,提高了對甲醛的吸附。涂敷3層TiO2-SiO2、吸附濃度0.26g/L的PANi溶液所得復合催化劑紫外光催化效果最好,與沒有聚苯胺的催化劑相比,使甲醛去除率提高2倍。

3 總結與展望

本文簡要總結了聚苯胺/金屬氧化物復合材料的制備及其在電化學領域的應用。雖然在制備聚苯胺/金屬氧化物復合材料上的探索已經取得重要的研究成果， 但是該領域的發展仍處于初級階段， 還有許多相關問題待攻破。例如大規?？煽刂苽渚郾桨返姆椒?，聚苯胺表面上其他功能性納米材料形態和尺寸的控制，聚苯胺功能化的控制對其電化學性能及穩定性的影響， 防止聚苯胺與其他分子復雜的相互作用而導致團聚，聚苯胺與待測物分子間的相互作用及電子傳輸的影響機制等。這些聚苯胺材料的相關研究將大大促進其在電化學傳感領域的發展。以聚苯胺為基礎的材料有望成為高效太陽能電池，鋰離子電池，激光器，高度靈敏傳感器等的核心材料，具有很好的發展前景，值得進一步研究。

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(本文文獻格式：張日紅，王繼庫.聚苯胺/金屬氧化物復合材料的制備及其應用進展[J].山東化工，2017，46(14)：57-58.)

2017-05-08

張日紅(1992—)，女，碩士研究生，研究方向：新型功能材料。

TB332

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1008-021X(2017)14-0057-02