基于聚苯胺/氧化亚铜纳米复合物的制备及性能研究

摘要

导电高分子聚苯胺，由于原料来源广泛、制备方法简单、环境稳定性好，具有很好的电学、光学性能，已成为发展最为迅速的导电高分子，也是目前人们争相研究开发的热门材料。尤其是纳米结构的聚苯胺/无机纳米复合物结合了高分子聚苯胺和无机纳米粒子两者的优势，在光、电和磁等方面具有更优异的性能，因此在光催化和吸波材料等领域具有广泛的应用前景。但是聚苯胺/无机物的制备大多都需要添加过硫酸铵等氧化剂引发聚合。
　　p型半导体材料Cu2O，具有特殊的光电性质，是当前材料科学研究的热点之一，已广泛应用到太阳能电池、超离子导体和催化等方面。纳米氧化亚铜甚至被用来处理环境中的有机污染物，微孔球状Cu2O由于其较大的比表面积及孔体积，已被作为吸附剂来除去水中阴离子染料，虽制备过程简单成本低廉，但是无法回收循环使用，实际利用率不高。由于Cu2O的不稳定，容易受到光腐蚀而影响其在工业中的应用。聚苯胺化学和环境稳定性好，与复合后将大大提升复合物的稳定性，拓展了Cu2O的应用，到目前为止，关于PANI/Cu2O的复合材料未见报道。而将Cu2+作为苯胺聚合的引发剂，即可以防止外来引发剂的污染，又可以使得Cu2+被还原成低价氧化物，制备方法简单易行。
　　本论文以PANI/Cu2O为研究对象，采用原位聚合法，在不添加外来引发剂条件下，利用Cu2+或GO的氧化性，制备出三种基于PANI/Cu2O的三元多孔纳米复合材料:通过原位聚合一步合成多功能Fe3O4/Cu2O/PANI纳米复合物，不同原始比的Fe3O4/Cu2O/PANI可除去模拟污水中的染料或水面上的油性污染;通过两步法合成负载立方体Cu2O的RGO/PANI复合凝胶，对染料具有优异的光解效果;通过溶剂热法一步合成RGO/PANI/Cu2O多孔纳米复合物，具有良好的吸波性能。论文主要内容如下:
　　1、在Fe3O4纳米颗粒存在下，以Cu2+作为苯胺的氧化剂，通过原位聚合法一步合成多功能Fe3O4/Cu2O/PANI纳米复合物。苯胺和Cu2+的摩尔比可控制调节复合物的形貌和性能，苯胺含量较低的产物呈多孔蒲公英状，可快速选择性地吸附模拟污水中的阴离子染料刚果红、甲基橙等;而含苯胺较多的产物呈花状结构，具备超疏水亲油性能，可用来除去水面油污。另外，由于Fe3O4的存在，Fe3O4/Cu2O/PANI纳米复合物可通过磁性回收来实现重复利用。因此，所制备的复合物在水污染治理和环境净化方面有潜在的应用前景。
　　2、将葡萄糖还原法制备出的立方体Cu2O纳米颗粒分散于氧化石墨烯水溶液中，再通过水热法，利用苯胺作为氧化石墨烯的还原剂，首次制备出一种三维多孔的RGO/PANI/Cu2O复合凝胶。通过研究发现这种三维多孔凝胶对刚果红有着非常出色的光催化降解功能，光照20min内对刚果红染料的降解率达到98％。光照前复合凝胶对染料的强力吸附以及量子效率的提高导致了这种优异的降解活性。
　　3、以苯胺作为还原剂，在160℃下同时还原氧化石墨烯和Cu2+，一步溶剂热法得到了多孔结构的RGO/PANI/Cu2O纳米复合物。通过调节体系中苯胺和Cu2+的摩尔比控制产物的形貌。当苯胺/Cu2+摩尔比为3∶1时得到大花瓣状多孔的纳米复合物，我们对这种复合物进行了吸波性能测试，在涂层厚度为1 mm时于13.9 GHz处存在最大微波反射值为-26 dB，反射损耗在-10 dB以下的吸收宽度为1.7 GHz，吸波频率范围为13.2 Hz到14.9 Hz，相比纯的石墨烯和聚苯胺的反射损耗提高了2～3倍。因此我们合成的纳米复合物在轻质吸波材料方面具有广阔的发展前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 聚苯胺／无机复合纳米材料的研究进展

1．1．1 聚苯胺／无机复合纳米材料的种类

1．1．2 聚苯胺／无机复合纳米材料的制备方法

1．2 聚苯胺／无机复合纳米材料的应用前景

1．2．1 导电材料中的应用

1．2．2 吸波材料中的应用

1．2．3 催化材料中的应用

1．2．4 电池材料中的应用

1．3 本论文的设计思路和研究内容

参考文献

第二章 特殊结构Fe3O4／Cu2O／PANI纳米复合物的制备及其吸附性能的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 仪器及测试方法

2．2．3 实验步骤

2．3 结果与讨论

2．3．1 产物的物相分析

2．3．2 产物的红外谱图分析

2．3．3 产物的形貌表征

2．3．4 产物的热重和比表面积分析

2．3．5 产物的磁性和接触角分析

2．3．6 产物的吸附性能研究

2．4 本章小结

参考文献

第三章 RGO／PANI／Cu2O复合凝胶的制备及其光催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 样品表征

3．2．3 氧化石墨烯(GO)的制备

3．2．4 纳米Cu2O的制备

3．2．5 RGO／PANI／Cu2O复合凝胶的制备

3．2．6 PANI／Cu2O复合物的制备

3．2．7 RGO／Cu2O复合凝胶的制备

3．2．8 光催化活性的检测

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 产物的形貌表征

3．3．2 产物的物相分析

3．3．3 产物的光学性质分析

3．3．4 产物的光催化性能分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 多孔花状RGO／PANI／Cu2O纳米复合物的制备及其吸波性能的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品

4．2．2 样品表征

4．2．3 实验步骤

4．2．4 样品吸波性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 产物的物相分析

4．3．2 产物的红外谱图分析

4．3．3 产物的拉曼谱图分析

4．3．4 产物的形貌表征

4．3．5 产物的热重分析

4．3．6 产物的吸波性能分析

4．4 本章小结

参考文献

致谢

硕士期间发表论文