聚苯胺空心和片状多级结构的合成

摘要

聚苯胺(PANI)空心球的制备常有“硬模板”、“软模板”、“无模板”等方法，其中无模板法具有无需后续处理等优势，与硬模板相比，软模板通过水或乙醇清洗就可以比较容易地去除，且不会对聚合产物的形貌造成影响，已经成为人们研究的热点。本文采用无模板法-化学氧化聚合法，以苯胺为单体，过硫酸铵为氧化剂，分别在十四酸(MYA)、CoSO4和全氟辛酸(PFOA)的水溶液中合成聚苯胺(PANI)多级结构，系统地考察了影响PANI形貌的因素；并探讨了其形成机理。具体内容如下：
　　(1)合成PANI空心结构：采用MYA在去离子水中稳定苯胺液滴，当反应温度为70℃，MYA浓度为0.0044 mol/L，苯胺浓度为0.016 mol/L，APS的摩尔量与苯胺相同时，合成的PANI具有球包裹PANI纤维或PANI块状物的结构，当苯胺浓度为0.022 mol/L时，形成除PANI包裹PANI核/壳结构外，还含滴管状形貌，该滴管具有长达10μm的管，且有些管是闭口的；另外，PANI空心球串珠结构也能形成。
　　(2)胶束控制合成空心PANI多级结构：首次利用CoSO4与苯胺单体形成络合物并与苯胺单体在体系中形成稳定的胶束，该胶束的直径大约为400 nm。当苯胺浓度为0.5 mol/L，CoSO4和APS的量与苯胺相同时，形成的PANI空球表面粗糙、直径为1-2μm球，且球表面由短的PANI纳米棒构成，该PANI纳米棒长度大约100nm直径大约为20 nm；另外，大部分球有一个孔。
　　(3)自组装合成超疏水PANI片状多级结构：采用低表面能的PFOA与苯胺反应形成PFOA/苯胺盐后形成胶束，该胶束指导合成PANI微/纳米结构。当PFOA浓度为0.0024 mol/L，聚合温度为25℃，氧化剂APS的量与苯胺相同；当苯胺浓度为0.022 mol/L，合成的PANI为几十微米宽大约为2-5μm的片状结构，该片状结构表面由长大约1μm的PANI纤维组成；当苯胺浓度为0.044 mol/L，合成的PANI长为20μm左右宽大约为2-3μm的片状结构，该片表面布满短而粗的不规整纤维，并且发现它们的水接触角分别为149°和151°。另外，PANI的XRD图在20=6.2°处的尖峰，说明产物具有较好的有序结构。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪言

1.1 PANI的结构及合成

1.2 PANI化学氧化聚合法

1.3 PANI微/纳米结构的合成

1.3.1 模板法

1.3.2 软模板法

1.3.3 无模板法

1.3.4 界面聚合法(界面组装法)

1.4 聚苯胺的性能

1.4.1 聚苯胺的电致变色性及电化学性能

1.4.2 导电性

1.4.3 对微波的吸收特性

1.4.4 催化性能

1.4.5 光电性质及非线性光学特性

1.4.6 聚苯胺的染料增感作用及吸光特性

1.5 聚苯胺的应用前景

1.6 选题背景

1.7 研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 仪器及设备

2.3 实验方法

2.3.1 合成PANI空心结构

2.3.2 胶束控制合成空心PANI多级结构

2.3.3 自组装合成超疏水PANI片状多级结构

2.4 分析方法

2.4.1 原位pH分析

2.4.2 形貌观察

2.4.3 结构分析

第3章 合成PANI空心结构

3.1 前言

3.2 PANI的形貌

3.3 PANI结构分析

3.3.1 红外光谱

3.3.2 XRD图分析产物的晶体结构

3.4 影响PANI形貌的因素

3.4.1 反应体系pH值对形貌的影响

3.4.2 MYA对PANI形貌的影响

3.4.3 苯胺的浓度对形貌的影响

3.4.4 反应机理

3.5 小结

第4章 胶束控制合成空心PANI多级结构

4.1 前言

4.2 PANI的形貌

4.3 PANI分子结构分析

4.3.1 红外-可见光谱分析

4.3.2 XRD图谱分析

4.4 反应条件对PANI形貌的影响

4.4.1 CoSO4浓度对PANI形貌的影响

4.4.2 苯胺单体浓度对PANI形貌的影响

4.5 PANI空心结构的形成机理

4.5.1 反应过程体系的pH变化

4.5.2 PANI空心结构的形成过程

4.6 小结

第5章 自组装合成超疏水PANI片状多级结构

5.1 前言

5.2 PANI形貌

5.3 PANI结构分析

5.3.1 红外光谱

5.3.2 XRD分析

5.4 反应试剂的量对PANI形貌的影响

5.4.1 苯胺的浓度对PANI形貌的影响

5.4.2 PFOA的量对PANI形貌的影响

5.4.3 反应时间对形貌的影响

5.5 UV-vis吸收图谱

5.6 小结

结 论

参考文献

致 谢

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