高pH下电活性本征态聚苯胺的电化学合成方法

摘要

高pH下电活性本征态聚苯胺的电化学合成方法，涉及一种聚苯胺的制备方法。在由铂电极组成的恒电位电解池内，将苯胺在离子液体和硫酸的混合溶液中进行电解，电解液中，苯胺的浓度为0.1～0.6mol dm－3，取得电解产物；再用0.02mol dm－3硫酸洗涤后，在60～70℃温度条件下真空干燥，得到高pH下电活性本征态聚苯胺。采用本发明制得的聚苯胺不仅具有其它在质子酸中合成的聚苯胺良好的性能，并且在pH为12的氯化钾中仍然能保持良好的电化学活性。当pH从7.0上升到12.0时，它的电化学活性只降低了24.4％，在离子液体和硫酸的混合溶液中合成的聚苯胺的电导率为5.2S cm－1。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在高pH下具有良好电活性、高电导率、较快离子交换速率的聚苯胺的制备方法。

背景技术

鉴于聚苯胺具有良好的导电性、较高的贮存电荷的能力和良好的环境稳定性，使得其在塑料电池、化学生物传感器、发光二级管、金属防腐、抗静电、电磁屏蔽等方面有着广泛应用。但是它的电导率、能量密度、催化活性、电致变色和能量转化均受pH的影响。这是因为pH＞4时，聚苯胺几乎丧失了电化学活性。为了解决这个问题，人们采用掺杂、改变功能基、与其它物质共聚等方法来提高其活性，然而合成高pH具有良好电活性的，高电导率的本征态的聚苯胺至今还没有解决。

发明内容

本发明的目的在于发明一种在pH＞4的条件下具有高的电化学活性及高导电率的聚苯胺的电化学合成方法。

本发明方法是：在由铂电极组成的恒电位电解池内，将苯胺在离子液体和硫酸的混合溶液中进行电解，电解液中，苯胺的浓度为0.1～0.6mol dm^-3，取得电解产物；再用0.02mol dm^-3硫酸洗涤后，在60～70℃温度条件下真空干燥，得到高pH下电活性本征态聚苯胺。

采用本发明方法制得的聚苯胺不仅具有其它在质子酸中合成的聚苯胺良好的性能，并且在pH为12的氯化钾中仍然能保持良好的电化学活性。当pH从7.0上升到12.0时，它的电化学活性只降低了24.4％，在离子液体和硫酸的混合溶液中合成的聚苯胺的电导率为5.2S cm^-1。故，本发明产品在高pH下具有良好电活性、高电导率和较快离子交换速率的特性，可适应塑料电池、化学生物传感器、发光二级管、金属防腐、抗静电、电磁屏蔽等广泛应用的需要。

本发明所述电解池由两个铂电极和一饱和甘汞电极构成，铂电极用铬酸洗液进行预处理。目的是除去电极表面的污染物。

电解时，所述电解池电位控制在0.8～1.5V。采用该电位进行控制的目的是控制苯胺聚合的速度，合成电化学活性好的聚苯胺。

为了使苯胺纯化和降低保存过程中苯胺的氧化，苯胺在电解前经减压蒸馏，保存在4℃下备用。

另外，电解液中，离子液体浓度为1.0～1.5mol dm^-3，硫酸浓度为1.7～2.2mol dm^-3。可获得电化学活性好和电导率高的聚苯胺。

本发明的离子液体由硫酸乙酯-1-甲基-3-乙基咪唑组成。

本发明上述离子液体的合成方法可以包括以下步骤：

1)在冰水浴上将0.44mol N-甲基咪唑充分溶解在150ml甲苯中；

2)在搅拌情况下向N-甲基咪唑和甲苯组成的溶液中缓慢加入0.44mol硫酸二乙酯；

3)待加完硫酸二乙酯后继续搅拌3～6小时，直至N-甲基咪唑和硫酸二乙酯反应完全；

4)除去上层的甲苯溶液，并在搅拌下用甲苯洗涤；

5)在75℃下抽真空，除去残余甲苯；

6)在真空干燥箱干燥(75℃)至恒重。

真空干燥箱的干燥温度为75℃。

具体实施方式

一、原料

经减压蒸馏、保存在4℃下的苯胺

N-甲基咪唑

硫酸二乙酯

硫酸

甲苯

二、合成离子液体硫酸乙酯-1-甲基-3-乙基咪唑

1、在冰水浴上将0.44mol N-甲基咪唑充分溶解150ml甲苯中。

2、在搅拌情况下向N-甲基咪唑和甲苯组成的溶液中缓慢加入0.44mol硫酸二乙酯。

3、待加完硫酸二乙酯后继续搅拌3～6小时，直至N-甲基咪唑和硫酸二乙酯反应完全。

4、除去上层的甲苯溶液，并在搅拌下用甲苯洗涤数次。

5、在75℃下抽真空，除去残余的有机溶剂——甲苯。

6、75℃真空干燥箱干燥至恒重。

三、配制电解液

将0.1～0.6mol苯胺加入到制备好的1.0～1.5mol dm^-3离子液体硫酸乙酯-1-甲基-3-乙基咪唑和1.7～2.2mol dm^-3硫酸的混合溶液中，使得苯胺的浓度为0.1～0.6mol dm^-3。

四、电解池的准备

电解池采用三电极体系，由两铂片和一饱和甘汞电极(SCE)构成。铂电极用铬酸洗液进行预处理。

五、电解合成

将配置的电解液加入到三电极的电解池中，用恒电位法进行电解。电位控制在0.8～1.5V。

六、洗涤

将合成好的本征态聚苯胺用0.02mol dm^-3的硫酸洗涤。

七、干燥

将上述步骤六中得到的固体物质在60～70℃真空干燥，得高pH下电活性本征态聚苯胺。

八、测试结果

将得到的聚苯胺置于氯化钾中，改变pH值，当pH从7.0上升到12.0时，聚苯胺的电化学活性由100％降低至75.6％，只降低了24.4％，在pH为12的氯化钾中，聚苯胺的电导率为1.5S cm^-1，仍然能保持良好的电化学活性。在离子液体和硫酸的混合溶液中，合成的聚苯胺在pH为6～7的氯化钾中，其电导率为5.2S cm^-1。