CN1810850A - 导电高聚物－苯胺与间氨基苯酚共聚物及合成方法 - Google Patents

导电高聚物－苯胺与间氨基苯酚共聚物及合成方法 Download PDF

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CN1810850A CN 200610037705 CN200610037705A CN1810850A CN 1810850 A CN1810850 A CN 1810850A CN 200610037705 CN200610037705 CN 200610037705 CN 200610037705 A CN200610037705 A CN 200610037705A CN 1810850 A CN1810850 A CN 1810850A
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穆绍林
张静
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Abstract

导电高聚物—苯胺与间氨基苯酚共聚物及其合成方法，涉及一种导电性能的高聚物的技术领域，在由铂电极或碳电极组成的电解池内，将苯胺、间氨基苯酚和硫酸或盐酸进行电解，获得电解产物即导电共聚物poly(aniline－co－m－aminophenol)，再用稀盐酸水溶液洗涤、干燥。产物具有聚苯胺的优良特性，并且在强酸性溶液和pH 1.0到11.0的硫酸钠溶液中仍能保持很高的电化学活性。当共聚物从pH 5.0上升到11.0时，它的电化学活性下降58.3％。共聚物在上述溶液的pH范围内具有很宽的应用电位范围(－0.2～0.80V，vs.SCE)。共聚物的电导率为0.8～1.4S·cm－1，并较小地依赖于pH值。

Description

导电高聚物—苯胺与间氨基苯酚共聚物及合成方法
技术领域
本发明涉及一种具有导电性能的高聚物的技术领域
背景技术
在导电高分子中，聚苯胺最具有吸引力。这是因为聚苯胺具有较高的电导率、氧化还原可逆性、膜的颜色能随电位而迅速变化，以及它在水溶液和空气中非常稳定。这些性质适用与蓄电池、电催化、电致变色和光电转换等方面的应用。此外，聚苯胺合成方便和成本低。但上述这些性质均受到pH的影响，因而在一定程度上限制了它的应用，这是因为在pH＞4时，聚苯胺几乎完全失去了它的电化学活性，其电导率也变成很低。所以聚苯胺的pH特性是控制聚苯胺的性质和应用的一个关键性因数。
发明内容
本发明目的在于发明一种在强酸性溶液中，特别是在pH＞4的条件下，仍具有高的电化学活性及良好导电性的新型导电高聚物。
本发明具有可逆地氧化和还原性，分子量为1.81×104±500，共聚物的还原态和氧化态的结构式分别如下：
还原态：
Figure A20061003770500031
氧化态：
式中，A-为掺杂阴离子SO42-或Cl-。
本发明不仅具有聚苯胺在酸性溶液中的优良电化学性质，并且在pH11.0的硫酸钠溶液中仍能保持很高的电化学活性。当从pH5.0上升到pH11.0时，它的电化学活性仅下降了58.3％，在此pH范围内，它的可应用的电位范围为-0.2～0.80V(vs.SCE)。根据交流阻抗的测定结果，共聚物在pH12.0的0.3mol.dm-3的Na2SO4溶液中，当电位控制在0.40V时，它的阻抗图由一个标准半圆和一直线组成。其直线与阻抗图的实轴相交角为450，所以这是一个非常典型的电极反应的阻抗图，是共聚物性能的另一特点。共聚物的电导率在0.8～1.4S·m-1，当共聚物浸入蒸馏水中15小时后，它的电导率仍为0.34S·cm-1，这种电导率的pH关系远远好于聚苯胺。
本发明的另一目的在于提供具有高导电性的新型导电高聚物合成方法：
在三电极体系组成的电解池内，在常温、常压下采用循环伏安法将苯胺、间氨基苯酚和硫酸或盐酸进行电解，在工作电极上得到电解产物，用pH＝3.0±0.2的盐酸水溶液洗涤电解产物，在70～90℃下真空干燥，即得导电高聚物——苯胺与间氨基苯酚共聚物poly(aniline-co-m-aminophenol)。
本发明之方法方便控制，便于生产中的实际操作，生产的产品更适合应用于蓄电池、电催化、电致变色和光电转换等方面。
上述的电解池由两铂片(或一铂片和一碳片)和一饱和甘汞电极组成，工作电极为铂片。
上述的电解池也可以由一铂片和一碳片和一饱和甘汞电极组成，工作电极为碳片。
由于苯胺在空气中易被氧化，考虑到苯胺的纯度对也化学共聚及产物的影响，本发明的苯胺在电解前经减压、蒸馏，保存在4℃环境下备用。
电解液中的苯胺的浓度为0.25～0.40mol·dm-3，间氨基苯酚的浓度为0.008～0.016mol·dm-3，硫酸浓度或盐酸的浓度分别为1.8～3.0mol·dm-3、2.5～6.0mol·dm-3。
本发明电解时，循环伏安法的扫描电位为-0.10～0.95V(vs.SCE)，电位扫描速率为30～150mV·s-1。
具体实施方式
1、原料准备
苯胺、间氨基苯酚和硫酸或盐酸
苯胺经减压蒸馏后保存在4℃冰箱中备用
2、配电解液
将苯胺和间氨基苯酚加入到硫酸或盐酸水溶液中，用电磁搅拌器搅拌至均相，并调整苯胺浓度为0.25～0.40mol·dm-3、间氨基苯酚浓度为0.008～0.016mol·dm-3，硫酸浓度为1.8～3.0mol·dm-3，或盐酸浓度为2.5～6.0mol·dm-3
3、电解池准备
电解池采用三电极体系，由两铂片和一饱和甘汞电极(SCE)参比电极，或一碳电极、一铂片和饱和甘汞参比电极构成。
4、电解合成
将配制的溶液加入到电解池中，用循环伏安法进行电解。扫描电位控制在-0.10～0.95V(vs.SCE)，电位扫描速率为60mV.s-1。
5、洗涤
将铂电极或碳电极上生成的电解固体物取下后，用pH＝3.0±0.2的盐酸水溶液进行洗涤，直至完全除去未反应的苯胺和间氨基苯酚，及其防止共聚物水解。
6、干燥
将上述步骤5中得到的电解固体物质在70～90℃下真空干燥，得产物即导电高聚物——苯胺与间氨基苯酚共聚物。
7、苯胺与间氨基苯酚共聚物各性能指标测定
用渗透压法测定出可溶在N-甲基-2-吡咯烷酮的共聚物分子量，分子量为1.81×104±500。在结构式中的重复单元数(x)，与聚苯胺一样目前难以准确确定。共聚物具有可逆地氧化和还原性。
交流阻抗的测定结果：经本发明方法得到的共聚物在pH12.0的0.3mol·dm-3的Na2SO4溶液中，当电位控制在0.40V时，它的阻抗图由一个标准半圆和一直线组成。其直线与阻抗图的实轴相交角为450，所以这是一个非常典型的电极反应的阻抗图，是共聚物性能的另一特点。
共聚物的电导率在0.8～1.4S·m-1，当共聚物浸入蒸馏水中15小时后，它的电导率仍为0.34S·cm-1。

Claims (7)

1、导电高聚物一苯胺与间氨基苯酚共聚物，其特征在于共聚物具有可逆地氧化和还原性，分子量为1.81×104±500，共聚物的还原态和氧化态的结构式分别如下：
还原态：
氧化态：
式中，A-为掺杂阴离子SO42-或Cl-。
2、具有权利要求1所述的导电高聚物——苯胺与间氨基苯酚共聚物的合成方法，其特征在于，在三电极体系组成的电解池内，在常温、常压下采用循环伏安法将苯胺、间氨基苯酚和硫酸或盐酸进行电解，在工作电极上得到电解产物，用pH＝3.0±0.2的盐酸水溶液洗涤电解产物，在70～90℃下真空干燥，即得导电高聚物——苯胺与间氨基苯酚共聚物。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的电解池由两铂片(或一铂片和一碳片)和一饱和甘汞电极组成，所述工作电极为铂片。
4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的电解池由一铂片和一碳片和一饱和甘汞电极组成，所述工作电极为碳片。
5、根据权利要求2所述的方法，其特征在于苯胺在电解前经减压、蒸馏，保存在4℃环境下备用。
6、根据权利要求2所述的方法，其特征在于电解液中的苯胺的浓度为0.25～0.40mol·dm-3，间氨基苯酚的浓度为0.008～0.016mol·dm-3，硫酸浓度或盐酸的浓度分别为1.8～3.0mol·dm-3、2.5～6.0mol·dm-3。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于循环伏安法的扫描电位为-0.10～0.95V，电位扫描速率为30～150mV·s-1。
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