论文部分内容阅读
聚苯胺由于其独特的掺杂机理、良好的环境稳定性、制备简单、原料易得、电导率优良、物理化学性能优异等特征,以及在电子器件、传感器、能量存储、电磁屏蔽、金属防护等领域的潜在应用前景,引起了人们广泛的关注。由于微纳结构的聚苯胺集导电高分子和纳米材料双重性能于一身,在科学和应用上都引起人们广泛的兴趣,近年来日益成为材料领域的研究热点之一。因此设计和制备可控微纳结构聚苯胺及其复合材料的研究已经受到人们越来越多的重视。本论文围绕着微纳结构聚苯胺及其复合材料的制备来展开,研究了一些构建微纳结构聚苯胺及其复合材料的方法,分析了产物的结构和性能,提出了其形成的机理。主要的研究内容如下：1、采用缬氨酸掺杂化学氧化聚合大批量地制备了具有超疏水性的花状微纳结构的聚苯胺。并且此方法可以推广到苏氨酸、脯氨酸、精氨酸掺杂体系。此外,花状微纳结构的聚苯胺薄膜的超疏水性可以简易地通过改变聚合反应时间以及控制缬氨酸的浓度来调控。这种大批量简易地制备超疏水性聚苯胺薄膜的方法可能会促进其在生物传感、控制分离、自清洁表面和防静电涂层领域的应用。2、通过不同浓度的樟脑磺酸(CSA)掺杂制备出大量地网状分级结构的聚苯胺,通过改变CSA的浓度可以调控最终产物聚苯胺的形貌,发现在较低的(1-6mM) CSA浓度下,由于聚苯胺分子链中大量吩嗪结构单元的诱导,最后得到含有大量分支状分子链的聚苯胺产物。研究表明经过充放电循环后,网状分级结构聚苯胺材料从片状形貌破碎成纳米颗粒的同时,其枝状分子链的聚苯胺断裂成线型的聚苯胺分子片段,这提升了分子链中π-π共轭的程度,提高了聚苯胺电极的导电性并且降低其内部阻抗,因此其电化学性能明显提升。该工作为研究聚苯胺基超级电容器电极材料时提供了指导。3、通过Pickering乳液法成功制备了具有氧化石墨烯(GO)包裹聚苯胺纳米颗粒结构的聚苯胺/氧化石墨烯(PG)复合纳米材料。测试结果表明这种复合材料中GO和聚苯胺是通过氢键和π-π共轭作用复合起来的。电化学测试表明,由于GO对聚苯胺纳米颗粒的包裹,聚苯胺/GO复合材料的电化学性能明显提升,并且提出初始GO的投料比以及GO和聚苯胺的协调作用对复合材料的形貌以及电化学性能有严重的影响。4、通过水热碳化葡萄糖的方法制备了表面富含羟基官能团的碳球,然后通过原位聚合法制备出刺球状聚苯胺/碳球(PANI/CS)二元复合材料,接着利用强超声分散引入还原氧化石墨烯(r-GO),得到r-GO/CS/PANI三元复合材料,研究了r-GO的引入对整个复合材料的影响,发现很少量的r-GO引入,就可以大大提高CS/PANI二元复合材料的电容性能,电化学交流阻抗谱表明r-GO的引入可以提高电极材料中离子和电荷的传输,有效地降低界面电荷传输阻抗和内部阻抗,提升复合电极材料的电化学性能。本工作为提升电极材料的电化学性能提供了一种简便有效的方法。5、通过液滴模板法制备了空心聚邻甲苯胺(POT)微球,研究了不同条件对POT形貌的影响,然后利用空心POT为模板,通过原位共沉淀制备出空心POT/Fe3O4复合材料,探讨了不同条件对复合材料形貌的影响,发现通过改变铁盐的浓度,可以对复合材料中Fe3O4纳米颗粒的粒径进行了调控,发现所制备的空心POT/Fe3O4复合材料具有良好的再分散性和超顺磁性,并利用POT的反应活性制备了POT/Fe3O4@Au复合材料,催化研究表明这种磁性载体负载的金纳米粒子具有很好催化活性,利用外加磁场就可以方便的实现循环使用,多次循环后仍然保持较高催化活性,为POT材料作为磁性可重复使用的催化剂载体材料的应用拓展了思路。