一種花瓣形的納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的電化學(xué)合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚苯胺合成技術(shù)和納米結(jié)構(gòu)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種花瓣形的納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的電化學(xué)合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚苯胺，作為一種導(dǎo)電高分子，具有氧化/還原可逆性，良好的電學(xué)活性，以及化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，在傳感器、可充電電源、電化學(xué)電容器、金屬防腐、防污、氣體分離膜、催化、電致變色器件、磁屏蔽、微波吸收以及抗靜電等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]近年來(lái)，聚苯胺在科學(xué)界備受青睞，尤其是納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺，由于具有納米粒子的量子隧道效應(yīng)、微尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和導(dǎo)電聚合物的雙重性質(zhì)而表現(xiàn)出不同于非納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的物理化學(xué)性質(zhì)和光電性質(zhì)，溶解度、電導(dǎo)率、結(jié)晶度、熱穩(wěn)定性以及成膜后的透光率等參數(shù)都有所提高，而在電、光、聲、磁等方面表現(xiàn)出與一般材料顯著不同的優(yōu)異性能，因此，納米聚苯胺的合成方法和應(yīng)用研宄成為大家的研宄熱點(diǎn)。聚苯胺納米結(jié)構(gòu)包括納米片、納米線、納米棒、納米管、納米纖維、納米球等。目前納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的制備方法包括模板法、非模板法和物理方法三大類。模板法根據(jù)弓I發(fā)機(jī)制不同又分為化學(xué)模板法和電化學(xué)模板法?；瘜W(xué)模板法使用的模板包括硬模板(如沸石、尺寸可控的膜、蛋白質(zhì)等)和軟模板(主要有表面活性劑、聚合物、摻雜劑等)，而電化學(xué)模板法則是以具有納米結(jié)構(gòu)的多孔材料作為工作電極并以此為模板電化學(xué)聚合苯胺。非模板法主要包括電化學(xué)聚合法、化學(xué)氧化聚合法、自組裝法、界面聚合法、分散聚合法、微乳液聚合法以及快速混合聚合法等。其中電化學(xué)方法又包括循環(huán)伏安法、恒電位法、恒電流法等。李方等人[CN 102492139 A]采用一種反應(yīng)條件溫和且工藝簡(jiǎn)單的溶液法制備了具有納米微球結(jié)構(gòu)的聚苯胺，其比表面積較大的特點(diǎn)使其有望在超級(jí)電容器領(lǐng)域獲得較為廣闊的應(yīng)用前景。潘牧等人[CN 103255433A]采用一種在大電流下快速合成導(dǎo)電聚苯胺的電化學(xué)合成方法，成功合成了導(dǎo)電性和電化學(xué)活性良好的納米棒狀的導(dǎo)電聚苯胺產(chǎn)物，其直徑為100-350nm。闞錦晴等采用電化學(xué)方法，制備了聚苯胺納米纖維[CN 1958854A]，具有粒徑均勻、排列規(guī)則的特點(diǎn)。納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的物理制備方法主要包括機(jī)械拉伸法和靜電紡絲法，這兩種方法都是以普通聚苯胺為原料并對(duì)其進(jìn)行二次加工從而得到納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。將納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺應(yīng)用到電化學(xué)生物傳感器中，由于聚苯胺的表面效應(yīng)、高導(dǎo)電率以及其基體中的孔腔較多(利于生物分子的結(jié)合)，使得傳感器的靈敏度、選擇性等性能明顯提高。
[0004]綜上所述，盡管目前已經(jīng)有很多納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的制備方法，但是探尋新型的納米結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)單有效、結(jié)構(gòu)可控的聚苯胺的合成技術(shù)對(duì)于進(jìn)一步了解其性質(zhì)、擴(kuò)展其應(yīng)用范圍和領(lǐng)域仍然有著重大的理論和實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單可行的花瓣形納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的電化學(xué)合成方法。
[0006]花瓣形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法是采用循環(huán)伏安法，在三電極體系內(nèi)，在苯胺和鹽酸組成的混合電解液中電化學(xué)聚合苯胺，聚合結(jié)束后工作電極上修飾的產(chǎn)物即為聚苯胺，其形貌呈花瓣形納米結(jié)構(gòu)。
[0007]花瓣形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法的具體步驟如下:
(1)將大于等于99.98%的色譜級(jí)的聚苯胺加入到濃度為0.8~1 mo I.L—1的鹽酸溶液中，攪拌至均勻，聚苯胺的濃度控制在0.05~0.1 mol.!/1，以得到的混合溶液作為電解質(zhì)溶液，待用；
(2)將混合溶液作為電解質(zhì)溶液注入到電解池中，以飽和甘汞電極為參比電極，以直徑為2 mm的鉑盤電極或直徑為I mm的鉑絲為對(duì)電極，以直徑為I mm的鉑絲為工作電極，工作電極的長(zhǎng)度為6~8 cm，浸入到電解液中的鉑絲的長(zhǎng)度為1~3 cm，磁力攪拌，磁子轉(zhuǎn)速為120-150 r.mirf1;
(3)采用循環(huán)伏安法在10~30°C下電化學(xué)聚合苯胺，循環(huán)伏安法的參數(shù)設(shè)置為:電壓范圍為-0.1~1 V vs.SCE，掃描速率為5~30mv s—1，掃描次數(shù)為2~25次；
(4)聚合完成后，將修飾有聚苯胺的鉑絲從電解液中取出，用去離子水浸洗，除去聚苯胺表面附著的鹽酸；
(5)將修飾有聚苯胺的鉑絲在30~35°C的真空干燥箱中真空干燥40~50 h，即可得到花瓣形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。
[0008]所述的花瓣形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺為墨綠色花瓣形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果如下:
(I)電解液組成簡(jiǎn)單。本發(fā)明的方法所用的電解液為苯胺和鹽酸的混合溶液，因此得到的產(chǎn)物為鹽酸摻雜的聚苯胺，而不含其它像引發(fā)劑、氧化劑或表面活性劑這樣的雜質(zhì)。
[0010](2)聚合條件簡(jiǎn)單。本發(fā)明采用循環(huán)伏安法電化學(xué)聚合苯胺，該聚合反應(yīng)在室溫下即可進(jìn)行，而不需要提供低溫的環(huán)境。
[0011](3)產(chǎn)物后處理簡(jiǎn)單。如(I)中所述，采用本發(fā)明的方法制備聚苯胺得到的產(chǎn)物直接為鹽酸摻雜的聚苯胺，因此產(chǎn)物后處理過(guò)程只需真空干燥而省去了去除雜質(zhì)和提純的繁瑣過(guò)程。
[0012](4)聚苯胺的結(jié)構(gòu)可控。在本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)條件下，得到的聚苯胺為鹽酸摻雜的墨綠色聚苯胺，其形貌呈花瓣形納米結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明所制備的花瓣形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的優(yōu)點(diǎn)在于合成過(guò)程簡(jiǎn)單溫和、聚苯胺的結(jié)構(gòu)可控、產(chǎn)物純度高以及產(chǎn)物后處理簡(jiǎn)單；制備得到的聚苯胺產(chǎn)物在傳感器、電容器、金屬防腐、海洋防腐和防污等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是花瓣形納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的掃描電鏡圖片(SEM)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]花瓣形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法是采用循環(huán)伏安法，在三電極體系內(nèi)，在苯胺和鹽酸組成的混合電解液中電化學(xué)聚合苯胺，聚合結(jié)束后工作電極上修飾的產(chǎn)物即為聚苯胺，其形貌呈花瓣形納米結(jié)構(gòu)。
[0016]實(shí)施例1:
本實(shí)施例中花瓣形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法的具體步驟如下:
(1)將大于等于99.98%的色譜級(jí)的聚苯胺加入到濃度為I mol.L—1的鹽酸溶液中，攪拌至均勻，聚苯胺的濃度控制在0.05 mol.1/1,以得到的混合溶液作為電解質(zhì)溶液，待用；
(2)將混合溶液作為電解質(zhì)溶液注入到電解池中，以飽和甘汞電極為參比電極，以直徑為2 mm的鉑盤電極為對(duì)電極，以直徑為I mm的鉑絲為工作電極，工作電極的長(zhǎng)度為6cm，浸入到電解液中的鉬絲的