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引言:聚苯胺作为一种特殊的导电材料近些年来越来越受到重视,尤其对于质子酸和杂多化合物掺杂的聚苯胺往往具有较好的导电性能,本文综述了近些年报道的一些HPC/PANI复合材料,杂多化合物和质子酸共掺杂聚苯胺的化学氧化法制备过程以及马荣华课题组、王恩波课题组为代表的研究者们所做的工作。
1、聚苯胺概述
聚苯胺(PANI),高分子化合物的一种,具有特殊的电学、光学性质,经掺杂后可具有导电性。在电子工业、信息工程、国防工程等的开发和发展方面都具有多种用途。
聚苯胺的电活性源于分子链中的P电子共轭结构:随分子链中P电子体系的扩大,P成键态和P*反键态分别形成价带和导带,这种非定域的P电子共轭结构经掺杂可形成P型和N型导电态。不同于其他导电高分子在氧化剂作用下产生阳离子空位的掺杂机制,聚苯胺的掺杂过程中电子数目不发生改变,而是由掺杂的质子酸分解产生H 和对阴离子(如Cl-、硫酸根、磷酸根等)进入主链,与胺和亚胺基团中N原子结合形成极子和双极子离域到整个分子链的P键中,从而使聚苯胺呈现较高的导电性。这种独特的掺杂机制使得聚苯胺的掺杂和脱掺杂完全可逆,掺杂度受pH值和电位等因素的影响,并表现为外观颜色的相应变化,聚苯胺也因此具有电化学活性和电致变色特性。
2、杂多化合物简介
杂多酸(HPA)及其盐,总称杂多化合物(HPC),是一类含有氧桥的多核配合物,由杂多阴离子、反荷离子、结晶水构成。其中,杂多阴离子是由中心原子(杂原子)与氧子组成的多面体(四面体、八面体和十二面体等)和由配位原子(多原子)与氧原子组成八面体通过共面、共棱及共点配位而成。目前已发现有60多种元素可作为中心原子,而配位原子一般为Mo、W、V、Cr、Nb、Ta等。
杂多化合物因其具有大的分子体积、高分子量对电子和质子的传输作用和贮备力、高的热稳定性、晶格氧的活泼性、高的质子酸性、良好的显色和沉淀作用等方面的独特性质,以及无毒、无味、无挥发性、便于分离和可以用有机溶剂萃取等特点,而得到了广泛的应用。如作为新型高效的工业催化剂至今已实现8个项目工业化;作为药物,某些杂多化合物在抗艾滋病、抗肿瘤、抗病毒等方面具有特殊的作用;作为功能材料,杂多化合物在高质子导体、非线性光学材料、磁性材料等方面将大有作为。
3、HPC/PANI复合材料研究现状
聚苯胺有许多性能,如导电性、氧化还原性、催化性能、电致变色行为、质子交换性质及光电性质,最重要的是导电性及电化学性能。经一定处理后,可制得各种具有特殊功能的设备和材料,如可作为生物或化学传感器的尿素酶传感器、电子场发射源、较传统锂电极材料在充放电过程中具有更优异的可逆性的电极材料、选择性膜材料、防静电和电磁屏蔽材料、导电纤维、防腐材料,等等。
目前杂多化合物掺杂的聚苯胺研究较多开展于防腐性能、导电性能、催化性能、荧光性能等方面,尤其是针对材料的催化性能和导电性能的研究。
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