一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法。该方法针对当前聚吡咯难溶难熔，难于加工，不利于应用等缺点，采用特定的模版剂在溶液中的临界胶束浓度和利用不同酸、氧化剂含量改变聚吡咯化学氧化聚合行为和聚吡咯纳纤的组装行为，设计合成具有纳米纤状微观结构的聚吡咯，制备特定形貌、长径比可控的纳纤导电粉体，其可广泛应用于传感器、导电涂层、抗静电剂等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法，属于电化学和光电
背景介绍聚吡咯(PPy)作为典型的导电聚合物之一，具有导电率高、热稳定性好、耐氧化性强、无毒和易制备的优点，广泛用于电池、传感器、抗静电涂料和半导体电子器件。然而，由大π键形成的聚吡咯高分子具有很强的链刚性，并且分子间和分子内存在强烈的氢键相互作用，导致聚吡咯不溶不熔，这就造成聚吡咯难加工、力学性能差，且不能生物降解，这就限制其发展与应用。近些年，具有特定形貌的导电聚合物，如纳米球、纳米线、纳米管、纳米棒和纳米纤维，由于其独特的性能而备受关注；而纤丝状聚吡咯由于其独特形貌，相比其他形貌具有更高的导电性、电化学活性更强、力学性能更优，在树脂中更易形成相互接触的网状导电通路，显著提升涂层的电学性能，并可提高涂层的力学、热力学等性能，因此研究特殊形貌的聚吡咯具有重要的意义
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法，该方法针对当前聚吡咯难溶难熔，难于加工，不利于应用，利用软模版剂设计合成具有纳米纤状微观结构的聚吡咯，制备特定形貌、长径比可控的纳纤导电粉体，其可广泛应用于传感器、导电涂层、抗静电剂等。本专利技术的技术方案是：将模版剂和吡咯单体溶解于溶剂A中，形成共混溶液，并调节溶液温度为-20-50℃；将氧化剂溶于溶剂B，形成氧化剂溶液；再将氧化剂溶液滴加到共混溶液中，搅拌反应完全后，用溶剂C终止反应后，进行洗涤、离心、干燥，最终得到电导率为0.1-10S/cm-1，直径为50-60nm，长径比为200-500的一种结构、长径比可控的高导电聚吡咯纳米纤维；其中所述模版剂为十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或双十二烷基二甲基溴化铵中的至少一种；其中所述溶液A为水、乙腈或乙腈/水混合溶液中的至少一种；其中所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、三价铁盐或双氧水/二价铁盐中的至少一种；其中所述溶剂B为水或浓度为0.1-2mol/L的盐酸、冰醋酸或樟脑磺酸中的至少一种；其中所述溶剂C为甲醇、乙醇或异丙醇中的至少一种；其中吡咯单体与氧化剂摩尔比为(10-0.5)∶1；其中模版剂用量为(5-20)CMC(即临界胶束浓度)；其中洗涤剂为乙醇/水混合溶剂，体积比为(10-0.1)∶1；离心速率为3000-8000r/min，离心时间为5-30min；洗涤与离心循环3-5次。本专利技术的有益效果：采用软模版在溶液形成特定形貌的微观结构，采用不同酸、氧化剂含量改变聚吡咯化学氧化聚合行为和聚吡咯纳纤的组装行为，从而使最终的到的聚吡咯微观结构、长径比可控，并且具有较高的电导率。具体实施方式下列实施实例用以更详细地描述本专利技术方案，但本专利技术并不局限于实例所描述的方案。实施例1在500mL三口烧瓶中，将3mmol十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶解于150mL去离子水中，室温搅拌30min；将15mmol吡咯单体加到CTAB溶液中，剧烈搅拌1h后，预冷至0℃；滴加7.5mmol过硫酸铵水溶液50mL，30min内滴完，0℃反应24h；加入100mL甲醇终止反应。用乙醇和水混合溶液(体积比1∶2)洗涤，4000r/min离心30min，循环洗涤、离心直至离心上层液呈无色透明，得黑色粉状微粒，50℃真空干燥至恒重，得电导率为2.67S/cm-1，直径为50纳米，长径比为400的聚吡咯纳纤。实施例2在500mL三口烧瓶中，将5mmol双十二烷基三甲基溴化铵DDAB溶解于150mL乙腈/去离子水(体积比1∶1)中，室温搅拌20min；将15mmol吡咯单体加到DDAB溶液中，剧烈搅拌0.6h后，加热至30℃；滴加30mmol三氯化铁盐酸溶液(浓度为0.1mol/L)50mL，30min内滴完，30℃反应24h；加入50mL异丙醇终止反应。用乙醇和水混合溶液(体积比2∶1)洗涤，5000r/min离心20min，循环洗涤、离心直至离心上层液呈无色透明，得黑色粉状微粒，40℃真空干燥至恒重，得电导率为1.55S/cm-1，直径为60纳米，长径比为300的聚吡咯纳纤。实施例3在500mL三口烧瓶中，将4mmol十四烷基三甲基溴化铵TTAB溶解于150mL乙腈中，室温搅拌30min；将15mmol吡咯单体加到TTAB溶液中，剧烈搅拌1.5h后，预冷至-5℃；滴加15mmol硫酸亚铁/双氧水-樟脑磺酸溶液(浓度为0.2mol/L)50mL，30min内滴完，-5℃反应24h；加入75mL乙醇终止反应。用乙醇和水混合溶液(体积比1∶1)洗涤，6000r/min离心10min，循环洗涤、离
心直至离心上层液呈无色透明，得黑色粉状微粒，45℃真空干燥至恒重，得电导率为2.07S/cm-1，直径为55纳米，长径比为500的聚吡咯纳纤。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法，其特征步骤为：将模版剂和吡咯单体溶解于溶剂A中，形成共混溶液，并调节溶液温度为‑20‑50℃；将氧化剂溶于溶剂B，形成氧化剂溶液；再将氧化剂溶液滴加到共混溶液中，搅拌反应完全后，用溶剂C终止反应后，进行洗涤、离心、干燥，最终得到结构、长径比可控的高导电聚吡咯纳米纤维；其中所述模版剂为十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或双十二烷基二甲基溴化铵中的至少一种；其中所述溶液A为水、乙腈或乙腈/水混合溶液中的至少一种；其中所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、三价铁盐或双氧水/二价铁盐中的至少一种；其中所述溶剂B为水或浓度为0.1‑2mol/L的盐酸、冰醋酸或樟脑磺酸中的至少一种；其中所述溶剂C为甲醇、乙醇或异丙醇中的至少一种；其中吡咯单体与氧化剂摩尔比为(10‑0.5)∶1；其中模版剂用量为(5‑20)CMC(即临界胶束浓度)；其中洗涤剂为乙醇/水混合溶剂，体积比为(10‑0.1)∶1；离心速率为3000‑8000r/min，离心时间为10‑30min；洗涤与离心循环3‑5次。

【技术特征摘要】
1.一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法，其特征步骤为：将模版剂和吡咯单体溶解于溶剂A中，形成共混溶液，并调节溶液温度为-20-50℃；将氧化剂溶于溶剂B，形成氧化剂溶液；再将氧化剂溶液滴加到共混溶液中，搅拌反应完全后，用溶剂C终止反应后，进行洗涤、离心、干燥，最终得到结构、长径比可控的高导电聚吡咯纳米纤维；其中所述模版剂为十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或双十二烷基二甲基溴化铵中的至少一种；其中所述溶液A为水、乙腈或乙腈/水混合溶液中的至少一种；其中所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、三价铁盐或双氧水/二价铁盐中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚伯龙，张国标，齐家鹏，姜峻，高旭瑞，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32