聚苯胺及其衍生物空心结构的可控合成及在催化、吸附方面的应用

摘要

聚苯胺作为一种普遍研究的导电聚合物,由于其在诸多方面的优异性而引起广泛的关注。对聚苯胺的研究长久以来主要侧重聚苯胺纳米材料的形貌研究,比如纳米粒子,纳米纤维,纳米片以及纳米球等。聚苯胺除了自身分子结构所赋予的性质以外,还具有纳米尺寸和形貌所产生的特殊的应用潜能。近年来,关于导电聚合物在吸附、催化、电传感以及生物探测方面的应用研究已经引起了越来越多的关注。本文通过化学氧化聚合得到了聚邻苯二胺(P(o)PD)空心亚微球,聚苯胺(PANI)纳米管和聚苯胺多孔球,并将这些纳米材料用于吸附重金属离子及负载贵金属纳米粒子催化剂方面。主要结果如下:
　　 (1)通过邻苯二胺单体在水体系中氧化聚合得到P(o)PD表面开孔的空心和实心亚微米球,比较研究这两种结构对重金属离子Pb(Ⅱ)吸附性能的影响。通过FTIR,UV-vis,XRD,1H NMR和GPC等实验手段研究P(o)PD聚合物的分子结构。以P(o)PD空心和实心亚微米球作为Pb(Ⅱ)吸附剂,系统研究吸附剂用量,Pb(Ⅱ)浓度,pH值以及吸附时间等因素对吸附性能的影响,进而提出吸附机理以及反应动力学模型方程。
　　 (2)在低浓度表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作用下,通过过硫酸铵(APS)的氧化聚合,得到较规则分布的聚苯胺纳米管。通过调节CTAB浓度,苯胺单体浓度以及苯胺与氧化剂的摩尔比等影响因素,得到聚苯胺纳米管合成的最优条件。在聚苯胺纳米管水分散体系中加入氯金酸,利用聚苯胺和氯金酸之间的氧化还原活性简便有效的合成聚苯胺/金纳米粒子复合材料,掺杂酸的存在可以有效的调控金纳米粒子的粒径。聚苯胺/金纳米粒子可以作为催化剂,在NaBH4存在的情况下,可以催化还原4-硝基苯酚。
　　 (3)在柠檬酸水溶液中,氯金酸作为氧化剂氧化聚合苯胺单体得到一种新颖的聚苯胺多孔球。通过调节柠檬酸浓度以及苯胺与氯金酸摩尔比得到了多孔球的最优合成条件。此外还研究了聚合过程中聚苯胺纳米多孔球形貌演变过程,提出了多孔球的形成机理。