固相法制备聚噻吩衍生物/石墨烯、Au复合材料及其性能研究

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聚噻吩(PTh)及其衍生物与其它常见的导电聚合物如聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)等相比具有更好的化学稳定性和光电活性等,因而在电极材料,电容器等方面具有潜在的应用价值。噻吩类聚合物与无机纳米复合物既可以拥有聚合物良好的电导性,也具有无机材料的特性,近年来受到了广泛的欢迎。其中石墨烯由于在机械、热力和光学等具有良好的特性,噻吩类聚合物/石墨烯的复合材料在超级电容器方面的应用也越来越受到关注。同样的,聚噻吩类衍生物与Au纳米粒子的复合物在传感器方面的应用也日渐成熟。本文利用固相法合成聚三联噻吩与石墨烯复合材料、聚三联噻吩与Au纳米粒子复合材料以及类PEDOT与Au、石墨烯复合材料,并对其结构和形貌进行表征,重点研究复合材料作为超级电容器和电化学传感器性能。主要的研究成果如下:1.为了研究聚3’,4’-乙撑二氧-2,2’:5’,2"-三噻吩(poly(TET))最适合的氧化剂比例,采用Fe(OTS)3作为氧化剂,3’,4’-乙撑二氧-2,2’:5’,2"-三噻吩为单体,改变氧化剂与单体的比例,通过固相法制备了三种电化学性质良好的聚3’,4’-乙撑二氧-2,2’:5’,2"-三噻吩/石墨烯(poly(TET)/GNP)复合材料。结果表明:当氧化剂Fe(OTS)3与单体TET的摩尔比为3:1时,复合物具有更好的氧化程度和掺杂作用,同样具有相对较好的电化学性能。2.以Fe(OTS)3为氧化剂,TET为单体,石墨烯为无机纳米复合材料,探究不同石墨烯的含量对复合物的结构及电化学性能的影响。改变石墨烯的含量(单体质量的4wt%-16wt%)。结果表明:当石墨烯的含量为12wt%时,复合物具有更好的共轭结构和较好的电化学性能,poly(TET)/GNP(12wt%)复合材料的比电容分别为:206F/g;通过循环稳定性测试,复合材料的循环稳定性均有提高,其中poly(TET)/GNP(12wt%)复合材料的电容保持率可以达到78%。3.采用固相加热法和球磨法制备了不同的聚三联噻吩与石墨烯复合材料:3’,4’-丙撑二氧-2,2’:5’,2"-三噻吩/石墨烯(poly(TPT)/GNP)复合材料和3’,4’-(2,2-二甲基)丙撑二氧-2,2’:5’,2"-三噻吩/石墨烯(poly(TMPT)/GNP)复合材料。研究了不同方法对复合材料的电化学性能的影响,研究相同的方法合成的不同的复合材料的性质的不同的原因。结果表明:对于固相加热法,poly(TMPT)/GNP复合物的电化学性能较好;对于球磨法,poly(TPT)/GNP复合材料的电化学性能较好。4.固相法合成噻吩类聚合物与Au纳米粒子复合材料。通过固相研磨法制备3’,4’-丙撑二氧-2,2’:5’,2"-三噻吩/Au(poly(TPT)/Au)和3’,4’-丙撑二氧噻吩(PProDOT/Au)复合材料,二者均用来检测IO3-,探究二者作为化学传感器的性能。结果表明: PProDOT/Au复合材料作为检测IO3-的电化学传感器的电化学响应信号较好。5.通过聚合物还原法制备了噻吩类聚合物、Au和石墨烯的二元和三元复合物,并对其作为IO3-电化学传感器的应用进行了探究。聚合物对电子具有较为宽泛的接受和释放的功能,因而可以用来直接还原HAuCl4从而得到Au的颗粒,使Au的颗粒负载于石墨烯和聚合物的表面,从而使复合材料在电催化过程中具有较高的电化学活性。结果表明:通过聚合物还原法制得了二元和三元的噻吩类/Au/GNP复合材料,石墨烯作为基材料能够很好的使Au颗粒和聚合物在其表面负载。从而提高复合物的电催化活性。6. Au颗粒是否能够在聚合物上均匀分散开来成为了研究的重点。利用金溶胶法先制备一定粒径大小的Au纳米粒子,然后利用溴化的EDOT在高温时可以脱溴,可以发生聚合,在此过程中能够使Au颗粒分散于聚合物中合成三元复合物PEDOT/Au/GNP复合材料,并对其电催化性能进行研究。结果表明:三元复合材料对NO2-和IO3-粒子具有良好的电化学响应。
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