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以水溶性高分子为模板电化学聚合制备聚吡咯微/纳米结构

作　者: 王力
导　师: 裴梅山
学　校: 济南大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 水溶性高分子 聚吡咯 提拉法 高度有序
分类号: O633.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


以水溶性高分子作为模板是一种新兴起的、极具有应用价值的制备聚吡咯微/纳米线的方法，因为具有方法简单、操作简便、反应条件温和聚合完成后模板容易除掉等众多的优点，成为目前研究的热点。本论文主要采用电化学聚合法，以羟乙基纤维素(HEC)和聚丙烯酸(PAA)为模板，制备了聚吡咯(PPy)纳米线和高度有序的聚吡咯微米线，并借助于扫描电子显微镜(SEM)观察聚吡咯微纳米线的形貌，用红外(IR)、拉曼、X-射线衍射(XRD)等手段表征材料的结构，通过X-射线能谱衍射(EDS)分析聚合物的组成，利用荧光、电导率仪、循环伏安和接触角测量仪等测定聚吡咯微纳米结构的性能。在没有模板的情况下，分别在去离子水、pH=6.86的磷酸盐缓冲溶液和无水乙醇为溶剂，高氯酸锂为支持电解质的电解液中，室温下电化学聚合制备了聚吡咯。从扫描电镜照片观察到，三种聚合物的形貌均为菜花状结构，说明了溶剂的不同对制备的聚吡咯形貌没有太大的影响。首次以羟乙基纤维素为模板，在pH=6.86的缓冲溶液中，通过电化学聚合法，制备了直径60~100nm、长度几百纳米的的聚吡咯纳米线；为了验证模板的作用，选用聚丙烯酸作为模板，在相同条件下制备出了聚吡咯纳米线，而以聚乙二醇为模板时得到的是不规则形貌的聚吡咯。这说明电解液中含有能和吡咯相互作用的水溶性高分子模板是制备聚吡咯纳米线的必要条件。研究了溶剂、聚合方法(恒电位、循环伏安)等对聚吡咯形貌的影响，同时还研究了聚合电位、聚合时间等因素对聚吡咯纳米线的长度和直径的影响，可以看出，在一定的范围内，聚合电位越高、聚合时间越长，聚吡咯纳米线的直径越大，长度越长；另外，研究了以PAA为模板时，聚合体系的pH值对制备的聚吡咯微纳米结构的影响。结果表明pH值的不同会影响能否能形成聚吡咯的线性形貌。这说明了聚合体系的pH值对吡咯和PAA之间的相互作用有很大的影响，改变pH值可能会使PAA失去模板作用。首次通过浸渍提拉法(dip-coating)在导电玻璃(ITO)上制备了羟乙基纤维素和聚丙烯酸有序结构的模板，并用此模板作为电化学聚合的工作电极，制备了直径在1~5μm，长度约为几百微米的有序聚吡咯微米线。同时研究了ITO表面处理方法(表面亲水处理、表面打磨、表面喷金和表面修饰一层聚吡咯)对制备的聚吡咯微米线的有序性的影响，结果表明ITO表面经过亲水处理后，得到的聚吡咯微米线的有序性最好。对菜花状聚吡咯、聚吡咯纳米线和有序的聚吡咯微米线进行荧光性、导电性、电化学活性以及表面疏水能力等性能进行测定。结果表明三种结构的聚吡咯均具有荧光性，聚吡咯纳米线的电化学活性、导电性和表面疏水性能最为优异，这表明了聚吡咯线的尺寸是影响其性能的主要因素。

全文目录


摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-28
  1.1 导电高分子概述  12-16
    1.1.1 导电聚合物的种类  12-13
    1.1.2 导电聚合物的掺杂  13-15
    1.1.3 导电聚合物的导电机理  15-16
  1.2 导电聚合物的制备方法  16-20
    1.2.1 化学氧化聚合法  17-18
    1.2.2 电化学氧化聚合法  18-20
  1.3 导电聚合物微纳米线的制备  20-25
    1.3.1 无模板法  20-21
    1.3.2 模板法  21-25
  1.4 导电聚合物的表征  25
  1.5 聚吡咯简介  25-26
  1.6 本课题的研究目的与意义  26-27
  1.7 论文的主要内容及创新之处  27-28
第二章 菜花状聚吡咯的制备  28-32
  2.1 实验原料及仪器  28-29
    2.1.1 实验原料  28
    2.1.2 实验仪器  28-29
  2.2 实验方法  29
    2.2.1 试剂的预处理  29
    2.2.2 电极的预处理  29
  2.3 制备菜花状聚吡咯  29-32
    2.3.1 在水溶液中制备聚吡咯  29-30
    2.3.2 在无水乙醇中制备聚吡咯  30-32
第三章 聚吡咯微纳米线的制备  32-42
  3.1 以羟乙基纤维素为模板制备聚吡咯纳米线  32-37
    3.1.1 聚吡咯纳米线的制备  32-34
    3.1.2 制备聚吡咯纳米线的影响因素  34-37
  3.2 以聚丙烯酸为模板制备聚吡咯微米线  37-39
    3.2.1 以聚丙烯酸为模板制备聚吡咯微米线的机理  37-38
    3.2.2 以聚丙烯酸为模板制备聚吡咯微米线  38-39
  3.3 以聚乙二醇为模板制备聚吡咯  39-40
  3.4 小结  40-42
第四章 有序聚吡咯微米线的制备  42-52
  4.1 制备有序水溶性高分子模板  42-44
    4.1.1 浸渍提拉法的含义及机理  42-43
    4.1.2 制备有序羟乙基纤维素分子模板  43-44
  4.2 以 HEC 为模板制备有序聚吡咯微米线  44-48
    4.2.1 制备有序的聚吡咯微米线  44-45
    4.2.2 制备有序的聚吡咯微米线的的影响因素  45-48
  4.3 以 PAA 为模板制备有序的聚吡咯微米线  48-52
    4.3.1 制备有序的聚吡咯微米线  48-49
    4.3.2 聚合体系 pH 值对制备聚吡咯形貌的影响  49-52
第五章 聚吡咯的结构表征及性能测定  52-60
  5.1 结构表征  52-54
    5.1.1 红外分析  52-53
    5.1.2 拉曼光谱  53
    5.1.3 X-射线衍射(XRD)  53-54
  5.2 组成分析  54-55
    5.2.1 X-射线能谱衍射(EDX)  54-55
  5.3 性能测定  55-60
    5.3.1 电化学活性  55-57
    5.3.2 荧光性能  57-58
    5.3.3 表面润湿性能性能  58-59
    5.3.4 导电性能  59-60
第六章 结论与展望  60-62
参考文献  62-74
致谢  74-76
附录  76

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 杂链聚合物 > 杂环链聚合物（链上含有杂环的聚合物）
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