CN1597732A - 导电聚吡咯纳米线的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电聚吡咯纳米线的制备方法，其目的是提供一种通过表面活性剂辅助化学氧化合成法制备导电聚吡咯纳米线的方法。本发明所提供的导电聚吡咯纳米线的制备方法，包括以下步骤：1)在中性或者酸性水溶液中，依次加入表面活性剂、吡咯单体，使吡咯单体完全溶解在表面活性剂水溶液中；2)将步骤1)中的反应体系的温度调至－20－30℃，加入氧化剂的中性或者酸性水溶液，在－20－30℃条件下反应2－48小时，得到的黑色不溶物即为导电聚吡咯纳米线。

Description

导电聚吡咯纳米线的制备方法
技术领域
本发明涉及一种导电高分子纳米线的制备方法，特别涉及一种导电聚吡咯纳米线的制备方法。
背景技术
导电高分子是由具有共轭π键的聚合物经化学或电化学“掺杂”后形成的，通过“掺杂”使其电导率由绝缘体转变为导体。其结构除了具有高分子特征外，还含有一价对阴离子(p型掺杂)或对阳离子(n型掺杂)。导电高分子除了具有金属(高电导率)和半导体特性外，还保留了高分子的结构多样性、可加工和比重轻等特点。一些简单的导电高分子材料，如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等，可以通过化学氧化的方法大量制备，也可以通过电化学的方法成膜。由于导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能，使得它在能源(二次电池、太阳能电池、固体电池)，光、电子器件，晶体管，整流器，发光二极管，传感器，分子器件，电磁屏蔽，隐身技术及生命科学方面都有诱人的应用前景，有些已向实用化方向迈进。
由于在导电高分子的应用中需要纳米尺度的材料，因此科学家们发展了很多制备这些纳米材料的方法。如“硬模板”法：采用多孔氧化铝、沸石、高分子膜等作为模板，采用化学或者电化学的方法合成导电高分子的纳米线，但存在硬模板去除困难，甚至在去除硬模板的过程中破坏合成的导电高分子纳米结构等缺点；“分子”模板法：利用某些有机分子(膜)自然形成的孔洞，采用电化学的方法合成导电高分子纳米线。该方法不具有普适性，且受到电化学合成本身不便于大规模生产的限制；采用组装或自组装法：利用导电高分子单体之间弱相互作用，采用化学或电化学方法“组装”成导电高分子的纳米线，利用该种方法制备的导电高分子纳米线一般在100纳米以上；其它方法包括电沉积与机械拉伸相结合的方法、“Soft lithography”(软刻蚀)法和“Dip-Pen Nanolithography”(蘸笔式纳米刻蚀)法等，但这些方法都有一个共同的缺点，即需要特殊的专门设备辅助合成，这样造成合成的成本很高，而产量却很低。
发明创造内容
本发明的目的是提供一种适合于工业化生产，成本较低的制备导电聚吡咯纳米线的方法。
本发明所提供的导电聚吡咯纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1)在中性或者酸性水溶液中，依次加入表面活性剂、吡咯单体，使吡咯单体完全溶解在表面活性剂水溶液中；
2)将步骤1)中的反应体系的温度调至-20-30℃，加入氧化剂的中性或者酸性水溶液，在-20-30℃条件下反应2-48小时，得到的黑色不溶物即为导电聚吡咯纳米线。
为了得到较高纯度的导电聚吡咯纳米线，可对步骤2)中得到的黑色不溶物进行过滤、洗涤，以除去表面活性剂和水溶性杂质。
步骤1)和步骤2)中的酸性水溶液可采用盐酸、硫酸或者磷酸进行配制，浓度可为0.05-4.0M；超声分散的超声功率可为600-2400W，超声频率可为19-80KHz。
步骤1)中加入的表面活性剂可为季铵型阳离子表面活性剂，如R1R2R3R4X。其中，R1为含8-20个C原子的烷基取代基，R2，R3，R4为甲基或乙基，X为卤素原子；表面活性剂的浓度为中性水溶液中的临界胶束浓度之上，20倍临界胶束浓度之下；加入的吡咯单体的量为0.6-30毫升吡咯单体/L水。
步骤2)中加入的氧化剂可为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠或者是无水三氯化铁、过氧化氢、硝酸等。
步骤2)中加入的氧化剂与步骤1)中加入的吡咯单体的摩尔比在10∶1-1∶10之间。
本发明制备导电聚吡咯纳米线的方法可以在去离子水中超声分散，然后采用扫描电镜或者透射电镜等手段观测纳米电线的结构和形貌。合成出的导电聚吡咯纳米线的直径在100纳米以下，长度为微米级。
表面活性剂辅助化学氧化合成法与电化学制备的聚吡咯纳米线相比，本发明的方法可以进行大规模生产，无电化学合成中的规模限制；与硬摸板法制备聚吡咯纳米线相比，本发明的方法后处理工艺简单，不需要额外的硬摸板，成本较低；与自组装制备聚吡咯纳米线相比，本发明方法制备的纳米线直径更细；与其他的采用扫描探针显微镜加工聚吡咯纳米线的方法相比，本发明方法可以大量生产，且具有操作简单、成本低的优势。
附图说明
图1a为聚吡咯纳米线的扫描电镜照片
图1b为聚吡咯纳米线的透射电镜照片
具体实施方式
实施例1、聚吡咯纳米线的制备
称量0.124g十六烷基三甲基溴化铵和0.06ml吡咯单体于100ml锥形瓶中，加入31ml去离子水，搅拌，使单体溶解完全后，把反应体系冷却到0℃，逐滴加入已经预冷的过硫酸铵水溶液(0.147g过硫酸铵溶于6.25ml去离子水中)后，继续在0℃反应24小时。反应完毕后，直接过滤、水洗、无水甲醇洗、再水洗。收集洗涤完毕的黑色滤饼。
合成的聚吡咯纳米线如图1a和图1b所示，表明纳米电线的直径为100纳米以下，长度为微米级。

Claims (9)

1、一种导电聚吡咯纳米线的制备方法，包括以下步骤：
1)在中性或者酸性水溶液中，依次加入表面活性剂、吡咯单体，使吡咯单体完全溶解在表面活性剂水溶液中；
2)将步骤1)中的反应体系的温度调至-20-30℃，加入氧化剂的中性或者酸性水溶液，在-20-30℃条件下反应2-48小时，得到的黑色不溶物即为导电聚吡咯纳米线。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)和步骤2)中的酸性水溶液采用盐酸、硫酸或者磷酸进行配制，浓度为0.05-4.0M。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)和步骤2)中超声分散的超声功率为600-2400W，超声频率为19-80KHz。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中加入的表面活性剂为季铵型阳离子表面活性剂。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述季铵型阳离子表面活性剂为R1R2R3R4X，其中，R1为含8-20个C原子的烷基取代基，R2，R3，R4为甲基或乙基，X为卤素原子。
6、根据权利要求1、4或5所述的方法，其特征在于：所述表面活性剂的浓度为大于中性水溶液中的临界胶束浓度，且小于20倍临界胶束浓度。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中加入的吡咯单体的量为0.6-30毫升吡咯单体/L水。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中加入的氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、无水三氯化铁、过氧化氢或硝酸。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中加入的氧化剂与步骤1)中加入的吡咯单体的摩尔比为10∶1-1∶10。
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