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聚噻吩/分子筛纳米复合材料的制备及其性能研究

作　者: 常晋豫
导　师: 常丽萍
学　校: 太原理工大学
专　业: 物理化学
关键词: 聚噻吩聚3-甲基噻吩分子筛复合材料苯电导率
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

噻吩是焦化苯中含有的难以脱除的杂质,其本身也是合成医药、染料、农药以及新型高分子材料的原料,具有很高的经济价值和广阔的应用前景。尤其是单体噻吩聚合而成的聚噻吩新型高分子材料,因其本身具有良好的导电性、物化稳定性、空穴传输性、电致变色性以及较好的光电转换能力,从而在无机电导体、非线性光学器件、光电、电磁屏蔽材料等方面有着广泛的应用。同时,将聚噻吩与某些无机物复合制得的聚噻吩复合材料,无机物的加入不仅丰富了其原有性能,更重要的是聚噻吩与无机物之间的协同作用以及纳米效应,使得复合材料的性能优于单一材料性能的简单加和,甚至还能表现出许多新的功能。故本文在课题组前期研究工作的基础上,选择对焦化苯中噻吩具有较好脱除能力的NaY分子筛及Ce离子改性CeY分子筛吸附剂和焦化苯中主要含硫杂质噻吩及其同系物3-甲基噻吩单体为原料,采用化学氧化聚合法制备了不同系列的聚噻吩／分子筛纳米复合材料,对其通过一系列的表征和测试,初步考察了该材料所具备的特殊光电性能,并对不同系列复合材料光电性能存在的差异进行了分析,优化了复合材料的最佳制备条件,为焦化苯提质净化过程中杂质噻吩的资源化有效利用提供理论基础。首先,将NaY分子筛和CeY分子筛分别与一定量的单体噻吩氧化聚合制备出NaPTh和CePTh系列样品,并初步考察了两种系列样品的特殊光电性能。结果表明,以氯仿为溶剂,无水FeCl3为氧化剂,采用化学氧化法在0℃条件下制备的两种系列复合材料中的噻吩环之间主要以α-α方式连接。该复合材料基本保持了分子筛的晶体结构,对紫外-可见光区有较好的吸收,具有较低的禁带宽度,热稳定性较差。CePTh系列样品电导率明显优于NaPTh系列,主要是由于CePTh系列样品中S-Ce键的存在会使得样品中聚噻吩主链结构更加趋于平面化。其次,选择先在纯噻吩溶液中吸附噻吩饱和的CeY分子筛与单体噻吩进行聚合,制备了SC系列样品,考察了其性能,且与CePTh系列样品进行对比。结果表明,SC系列样品光电性能明显低于CePTh系列样品,与聚噻吩相近。这主要是因为此样品复合前分子筛孔道里吸附了大量的单体噻吩,导致样品制备过程中孔道里的较多单体噻吩并没有完全进行聚合,即相对以α-α方式连接的聚噻吩含量较少,主链共轭程度低,噻吩环相连C-C的pz轨道重叠程度差,所以禁带宽度大、电导率低。再次,选择从苯中饱和吸附噻吩的CeY分子筛与单体噻吩进行聚合,制备了NC系列样品,考察了其性能,且与SC样品进行了对比。结果表明,NC301样品电导率远高于聚噻吩,最高可达1.00×10-6S/m。但此系列样品的导电性能相对于SC系列样品没有明显的改变,这是因为NC系列样品中的苯含量极少,所以对样品的导电性能影响不大。最后,选择以3-甲基噻吩单体与CeY分子筛进行聚合,制备了3-系列样品,考察了其性能,且与CePTh系列样品进行了对比。结果表明,3-系列样品的导电性能明显优于CePTh系列样品,其中样品3-301的电导率高达到3.20×10-6S/m,远高于聚噻吩。这是因为在3号位引入甲基后,相对于噻吩环上的氢原子,甲基具有较强的吸电子诱导效应和较弱的供电子共轭效应,在两种效应共同作用下,使得甲基的供电效应更加明显,直接导致3-系列样品中聚噻吩主链共轭程度更好,结构更趋于平面化,从而电导率最高。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-14
第一章文献综述  14-34
  1.1 导电聚合物  14-19
    1.1.1 导电聚合物发展现状  14
    1.1.2 导电聚合物材料分类  14-15
    1.1.3 导电聚合物的掺杂  15-16
    1.1.4 导电聚合物的导电机理  16-17
    1.1.5 导电聚合物的研究进展  17-19
    1.1.6 导电聚合物的应用  19
  1.2 聚噻吩及其复合材料  19-28
    1.2.1 聚噻吩的发展现状  19-20
    1.2.2 聚合机理  20-21
    1.2.3 聚噻吩及其衍生物的合成  21
    1.2.4 聚噻吩及其衍生物复合材料的研究进展  21-28
  1.3 分子筛型吸附剂  28-31
    1.3.1 A型分子筛吸附剂  28
    1.3.2 X型分子筛吸附剂  28-29
    1.3.3 Y型分子筛吸附剂  29-30
    1.3.4 ZSM型分子筛吸附剂  30
    1.3.5 MCM型分子筛吸附剂  30
    1.3.6 SBA型分子筛吸附剂  30-31
  1.4 论文选题依据及研究内容  31-34
    1.4.1 选题依据  31
    1.4.2 研究内容及实验方案  31-34
第二章实验部分  34-38
  2.1 实验原料  34
  2.2 实验仪器  34-35
  2.3 CeY分子筛的制备  35
  2.4 样品表征  35-38
    2.4.1 XRD表征  35
    2.4.2 FT-IR表征  35
    2.4.3 UV-vis表征  35
    2.4.4 TG-DTG表征  35
    2.4.5 SEM表征  35-36
    2.4.6 电导率测试  36
    2.4.7 红外碳硫分析测试  36-38
第三章聚噻吩/NaY与聚噻吩/CeY复合材料的制备及其性能研究  38-48
  3.1 实验部分  38-39
  3.2 结果与讨论  39-46
    3.2.1 红外表征  39-40
    3.2.2 XRD表征  40-41
    3.2.3 TG-DTG表征  41-42
    3.2.4 UV-vis表征  42
    3.2.5 电导率测试  42-44
    3.2.6 SEM测试  44-45
    3.2.7 红外碳硫分析  45-46
  3.3 本章小结  46-48
第四章聚噻吩/TY复合材料的制备及其性能研究  48-56
  4.1 实验部分  48
  4.2 结果与讨论  48-54
    4.2.1 红外表征  48-49
    4.2.2 XRD表征  49-50
    4.2.3 TG-DTG表征  50-51
    4.2.4 UV-vis表征  51
    4.2.5 电导率测试  51-52
    4.2.6 SEM测试  52-53
    4.2.7 红外碳硫分析  53-54
  4.3 本章小结  54-56
第五章聚噻吩/TBY复合材料的制备及其性能研究  56-64
  5.1 实验部分  56-57
  5.2 结果与讨论  57-63
    5.2.1 红外表征  57
    5.2.2 XRD表征  57-58
    5.2.3 TG-DTG表征  58-59
    5.2.4 UV-vis表征  59-60
    5.2.5 电导率测试  60-61
    5.2.6 SEM测试  61-62
    5.2.7 红外碳硫分析  62-63
  5.3 本章小结  63-64
第六章聚3-甲基噻吩/分子筛纳米复合材料的制备及其性能研究  64-72
  6.1 实验部分  64
  6.2 结果与讨论  64-70
    6.2.1 红外表征  64-65
    6.2.2 XRD表征  65-66
    6.2.3 TG-DTG表征  66
    6.2.4 UV-vis表征  66-67
    6.2.5 电导率测试  67-68
    6.2.6 SEM测试  68-69
    6.2.7 红外碳硫分析  69-70
  6.3 本章小结  70-72
第七章论文总结和建议  72-74
  7.1 总结  72
  7.2 今后工作的建议  72-74
参考文献  74-84
致谢  84-86
硕士期间发表的论文  86

聚噻吩/分子筛纳米复合材料的制备及其性能研究

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