反蛋白石結(jié)構(gòu)聚苯胺的制備及性能研究.pdf

1、在新型功能高分子材料領(lǐng)域中，聚苯胺（PANI）因?yàn)楹铣晒に嚭?jiǎn)單，環(huán)境穩(wěn)定性強(qiáng)、摻雜導(dǎo)電率高、優(yōu)異的電化學(xué)可逆性等特性而受到廣泛關(guān)注，同時(shí)因其獨(dú)特的摻雜-脫摻雜過程，贗電容儲(chǔ)能特性良好，在電極材料等領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值。在多孔材料領(lǐng)域中，反蛋白石（Inverse opal）結(jié)構(gòu)材料具有縫隙率高、高比表面積、孔徑大小集中及結(jié)構(gòu)三維長(zhǎng)程有序等特性，其在膜材料、光子晶體、新型催化劑、吸附材料及電極材料等領(lǐng)域已經(jīng)展示出十分廣闊的應(yīng)用前景，也越來越多的

2、研究者們開始注重如何制備出兼具導(dǎo)電高分子和納米材料的微觀三維有序結(jié)構(gòu)聚苯胺及復(fù)合材料。本論文圍繞制備具有特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物及其復(fù)合材料來展開，以SiO2微球和SiO2微球模板為基礎(chǔ)，采用溶液法制備了核殼結(jié)構(gòu)SiO2-PANI、蛋白石結(jié)構(gòu)SiO2-PANI及其去球后的多孔PANI和反蛋白石結(jié)構(gòu)PANI，對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的分析和性能研究。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　?、傺芯坎捎媒?jīng)過改進(jìn)的St(o)ber法成功地制備出尺寸均一、單

3、分散性好的SiO2微球，探索了制備360nmSiO2微球的工藝條件，對(duì)微球進(jìn)行改性及后續(xù)模板的組裝得到蛋白石模板?；诙趸栉⑶蚝蚐iO2微球模板，本文分別采用溶液法制備核殼（core-shell）結(jié)構(gòu)SiO2-PANI和蛋白石（opal）結(jié)構(gòu)SiO2-PANI的復(fù)合材料，對(duì)制備條件進(jìn)行了探討，并對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了HF酸去球處理，得到多孔結(jié)構(gòu)聚苯胺（porous PANI和反蛋白石結(jié)構(gòu)聚苯胺（inverse opal PANI，IO-P

4、ANI），采用紅外光譜（FT-IR）、X-射線衍射（XRD）、四探針電導(dǎo)率儀、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、CV曲線和充放電等測(cè)試方法對(duì)SiO2-PANI（core-shell）、SiO2-PANI（opal）及其去球后的porous PANI和IO-PANI進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學(xué)性能的表征。
　?、谘芯堪l(fā)現(xiàn)采用離心沉積組裝模板效果最好，實(shí)驗(yàn)均在1mol L-1 HCl，摩爾比nAPS：nAn=1：1條件下進(jìn)行，對(duì)于

5、核殼結(jié)構(gòu)SiO2-PANI隨著mPANI：mSiO2的增大，核殼結(jié)構(gòu)SiO2-PANI電導(dǎo)率從1.7S cm-1逐步增大11.3S cm-1，除去SiO2微球后發(fā)現(xiàn)porous PANI電導(dǎo)率變化并不是很明顯；對(duì)于蛋白石結(jié)構(gòu)的PANI/SiO2復(fù)合材料，在苯胺濃度為0.4mol/L時(shí)，蛋白石結(jié)構(gòu)的PANI/SiO2到達(dá)最高27.4S cm-1，除去SiO2微球以后導(dǎo)電率大幅度下降。可以得到初步結(jié)論，聚苯胺微觀結(jié)構(gòu)的有序性直接影響著材料的

6、導(dǎo)電性能，去除SiO2微球后無序的的孔結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的塌陷都會(huì)降低材料整體的導(dǎo)電性。
　?、墼诰郾桨冯娀瘜W(xué)測(cè)試中同一掃描速率下SiO2/PANI（opal）和IO-PANI材料展現(xiàn)出更為優(yōu)異的電化學(xué)活性和更大的電容性能；從0.2A g-1到5A g-1，相比于核殼SiO2-PANI（core-shell）、SiO2-PANI（opal）、porous PANI及PANI等復(fù)合材料，IO-PANI比電容達(dá)到375F g-1（0.2A