導電聚吡咯納米線的製備方法
2023-05-11 13:29:31
專利名稱：導電聚吡咯納米線的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種導電高分子納米線的製備方法，特別涉及一種導電聚吡咯納米線的製備方法。
背景技術：
導電高分子是由具有共軛π鍵的聚合物經化學或電化學「摻雜」後形成的，通過「摻雜」使其電導率由絕緣體轉變為導體。其結構除了具有高分子特徵外，還含有一價對陰離子(p型摻雜)或對陽離子(n型摻雜)。導電高分子除了具有金屬(高電導率)和半導體特性外，還保留了高分子的結構多樣性、可加工和比重輕等特點。一些簡單的導電高分子材料，如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等，可以通過化學氧化的方法大量製備，也可以通過電化學的方法成膜。由於導電高分子具有特殊的結構和優異的物理化學性能，使得它在能源(二次電池、太陽能電池、固體電池)，光、電子器件，電晶體，整流器，發光二極體，傳感器，分子器件，電磁屏蔽，隱身技術及生命科學方面都有誘人的應用前景，有些已向實用化方向邁進。
由於在導電高分子的應用中需要納米尺度的材料，因此科學家們發展了很多製備這些納米材料的方法。如「硬模板」法採用多孔氧化鋁、沸石、高分子膜等作為模板，採用化學或者電化學的方法合成導電高分子的納米線，但存在硬模板去除困難，甚至在去除硬模板的過程中破壞合成的導電高分子納米結構等缺點；「分子」模板法利用某些有機分子(膜)自然形成的孔洞，採用電化學的方法合成導電高分子納米線。該方法不具有普適性，且受到電化學合成本身不便於大規模生產的限制；採用組裝或自組裝法利用導電高分子單體之間弱相互作用，採用化學或電化學方法「組裝」成導電高分子的納米線，利用該種方法製備的導電高分子納米線一般在100納米以上；其它方法包括電沉積與機械拉伸相結合的方法、「Soft lithography」(軟刻蝕)法和「Dip-Pen Nanolithography」(蘸筆式納米刻蝕)法等，但這些方法都有一個共同的缺點，即需要特殊的專門設備輔助合成，這樣造成合成的成本很高，而產量卻很低。
發明創造內容本發明的目的是提供一種適合於工業化生產，成本較低的製備導電聚吡咯納米線的方法。
本發明所提供的導電聚吡咯納米線的製備方法，包括以下步驟1)在中性或者酸性水溶液中，依次加入表面活性劑、吡咯單體，使吡咯單體完全溶解在表面活性劑水溶液中；2)將步驟1)中的反應體系的溫度調至-20-30℃，加入氧化劑的中性或者酸性水溶液，在-20-30℃條件下反應2-48小時，得到的黑色不溶物即為導電聚吡咯納米線。
為了得到較高純度的導電聚吡咯納米線，可對步驟2)中得到的黑色不溶物進行過濾、洗滌，以除去表面活性劑和水溶性雜質。
步驟1)和步驟2)中的酸性水溶液可採用鹽酸、硫酸或者磷酸進行配製，濃度可為0.05-4.0M；超聲分散的超聲功率可為600-2400W，超聲頻率可為19-80KHz。
步驟1)中加入的表面活性劑可為季銨型陽離子表面活性劑，如R1R2R3R4X。其中，R1為含8-20個C原子的烷基取代基，R2，R3，R4為甲基或乙基，X為滷素原子；表面活性劑的濃度為中性水溶液中的臨界膠束濃度之上，20倍臨界膠束濃度之下；加入的吡咯單體的量為0.6-30毫升吡咯單體/L水。
步驟2)中加入的氧化劑可為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉或者是無水三氯化鐵、過氧化氫、硝酸等。
步驟2)中加入的氧化劑與步驟1)中加入的吡咯單體的摩爾比在10∶1-1∶10之間。
本發明製備導電聚吡咯納米線的方法可以在去離子水中超聲分散，然後採用掃描電鏡或者透射電鏡等手段觀測納米電線的結構和形貌。合成出的導電聚吡咯納米線的直徑在100納米以下，長度為微米級。
表面活性劑輔助化學氧化合成法與電化學製備的聚吡咯納米線相比，本發明的方法可以進行大規模生產，無電化學合成中的規模限制；與硬摸板法製備聚吡咯納米線相比，本發明的方法後處理工藝簡單，不需要額外的硬摸板，成本較低；與自組裝製備聚吡咯納米線相比，本發明方法製備的納米線直徑更細；與其他的採用掃描探針顯微鏡加工聚吡咯納米線的方法相比，本發明方法可以大量生產，且具有操作簡單、成本低的優勢。
圖1a為聚吡咯納米線的掃描電鏡照片圖1b為聚吡咯納米線的透射電鏡照片具體實施方式
實施例1、聚吡咯納米線的製備稱量0.124g十六烷基三甲基溴化銨和0.06ml吡咯單體於100ml錐形瓶中，加入31ml去離子水，攪拌，使單體溶解完全後，把反應體系冷卻到0℃，逐滴加入已經預冷的過硫酸銨水溶液(0.147g過硫酸銨溶於6.25ml去離子水中)後，繼續在0℃反應24小時。反應完畢後，直接過濾、水洗、無水甲醇洗、再水洗。收集洗滌完畢的黑色濾餅。
合成的聚吡咯納米線如圖1a和圖1b所示，表明納米電線的直徑為100納米以下，長度為微米級。
權利要求
1.一種導電聚吡咯納米線的製備方法，包括以下步驟1)在中性或者酸性水溶液中，依次加入表面活性劑、吡咯單體，使吡咯單體完全溶解在表面活性劑水溶液中；2)將步驟1)中的反應體系的溫度調至-20-30℃，加入氧化劑的中性或者酸性水溶液，在-20-30℃條件下反應2-48小時，得到的黑色不溶物即為導電聚吡咯納米線。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟1)和步驟2)中的酸性水溶液採用鹽酸、硫酸或者磷酸進行配製，濃度為0.05-4.0M。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟1)和步驟2)中超聲分散的超聲功率為600-2400W，超聲頻率為19-80KHz。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟1)中加入的表面活性劑為季銨型陽離子表面活性劑。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述季銨型陽離子表面活性劑為R1R2R3R4X，其中，R1為含8-20個C原子的烷基取代基，R2，R3，R4為甲基或乙基，X為滷素原子。
6.根據權利要求1、4或5所述的方法，其特徵在於所述表面活性劑的濃度為大於中性水溶液中的臨界膠束濃度，且小於20倍臨界膠束濃度。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟1)中加入的吡咯單體的量為0.6-30毫升吡咯單體/L水。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟2)中加入的氧化劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉、無水三氯化鐵、過氧化氫或硝酸。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟2)中加入的氧化劑與步驟1)中加入的吡咯單體的摩爾比為10∶1-1∶10。
全文摘要
本發明公開了一種導電聚吡咯納米線的製備方法，其目的是提供一種通過表面活性劑輔助化學氧化合成法製備導電聚吡咯納米線的方法。本發明所提供的導電聚吡咯納米線的製備方法，包括以下步驟1)在中性或者酸性水溶液中，依次加入表面活性劑、吡咯單體，使吡咯單體完全溶解在表面活性劑水溶液中；2)將步驟1)中的反應體系的溫度調至－20－30℃，加入氧化劑的中性或者酸性水溶液，在－20－30℃條件下反應2－48小時，得到的黑色不溶物即為導電聚吡咯納米線。
文檔編號C08G73/00GK1597732SQ03157118
公開日2005年3月23日 申請日期2003年9月15日 優先權日2003年9月15日
發明者張學同, 張錦, 劉忠範 申請人:北京大學