本发明专利技术涉及一种新型纳米超分子导电聚合物及其制备方法与应用。该新型纳米超分子导电聚合物是由葫芦［７］脲和苯胺在酸性水溶液中发生聚合得到。本发明专利技术的合成过程完全在水相中进行，整个过程简单易行。ＡＦＭ，ＴＥＭ实验的结果表明，葫芦［７］脲苯胺纳米超分子导电聚合物呈一维纳米级线状聚集体形态。另外，相比于由已知技术合成得到的聚苯胺，其电化学性质有显著不同。由于葫芦脲对于阳离子自由基的稳定作用，该葫芦［７］脲苯胺纳米超分子导电聚合物可以在较宽的ｐＨ值范围内进行可逆的氧化还原过程。该发明专利技术在纳米超分子材料技术领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物及其制备方法与用途
本专利技术属于纳米超分子材料
，涉及葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚 合物及其制备方法。该专利技术通过葫戸脲与苯胺的混合物在水相中制得了水溶性 的葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物。该化合物可以作为具有绝缘层的纳米级 分子导线，在纳米材料
具有广阔的应用前景。
技术介绍
电的发现与使用使人类社会进入了全新的时代。作为电能的载体，电线在人 们的生活中随处可见的产品。为减少电能在传递过程中的损失，人们将导电的铜 丝包裹上一层绝缘外壳成为日常使用的绝缘导线。早在20世纪40年代，多烯烃结 构聚合物可以产生类似金属导线一般的性质已经被科学家们普遍相信。到60年代， 氮化硫聚合物导电性的发现使分子导线的研究受到了更为广泛的关注。现今，许 多具有导电性质的高分子被陆续发掘出来，用来作为光电二极管，晶体管，以及 光电池和传感器。高电导率的聚合物被称为"分子电线"。这种分子水平的导线并 不是肉眼可见的，宏观上的样品可以认为是大量分子导线的聚集体。因此，为了 避免这些导线间的接触带来的电能损失，在分子导线外包裹上绝缘层就显得比较 重要。超分子配合物的发现给分子导线的绝缘化带来了契机。随着超分子化学的 发展，越来越多的大环主体化合物被用于包裹到链状的分子导线上，大环受体与 长链给体间通过疏水相互作用，静电作用等弱相互作用力形成轮烷，聚轮烷，假 聚轮垸等形式的超分子配合物。葫戸脲是由脲苷和甲醛在酸催化下聚合得到的一类大环化合物。早在1905年， 该类化合物就已经见文献报道，但直到上世纪80年代，科学家们得到了它们的晶 体结构，其化学性质和结构才为人所知。类似南瓜形状具有刚性的结构和疏水的 空腔，可以键合一些带有正电荷的分子和离子，形成稳定的包结配合物。最常见 的葫芦脲包括拥有5， 6， 7， 8个脲苷单元的主体。其中，拥有7个脲苷单元的葫芦 脲因为自身结构的特点，是它们当中唯一具有一定水溶性的化合物，其空腔大 小与天然(5-环糊精类似。关于葫戸脲包裹的绝缘分子导线至今未见有文献报道，但是基于其它类型的 主体的分子导线已有相关报道。Anderson等报道了一系列基于另一类大环主体环 糊精的分子绝缘线。但是，随着研究的深入，葫芦脲对于许多客体分子的所表现 出来的包结能力越来越被人们所认知，这也为基于葫芦脲的分子绝缘导线的开发 提供了可能。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物及其制备方 法与用途。本专利技术由葫芦脲苯胺入手，在酸性水溶液中直接聚合得到了葫芦 脲苯胺纳米超分子导电聚合物，克服了以往分子导线制备技术中对于溶剂和pH值 的严格限制，可以非常方便地制备一种新的导电材料。本专利技术公开了一种葫戸脲苯胺纳米超分子导电聚合物，其特征在于由葫芦 脲与苯胺构成的包合物在酸性水溶液中聚合得到，它的结构通式为CB[7PANI所述聚合物在分散剂为纯水的条件下，其形貌尺度为纳米级，呈一维线状的聚集 状态。本专利技术还公开了葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物的制备方法，其特征在于由所述的葫芦脲与苯胺的包合物，在酸性水溶液中得到，其合成步骤包括(1) 将苯胺和葫卢脲分别溶于相同的0.5—3.0M酸性水溶液中，再将二酸性 水溶液混合，苯胺与葫芦脲的物质的量之比为1: 0.5—2.0;(2) 将上述混合溶液室温下搅拌5 — 10小时；(3) 搅拌下在混合体系中加入氧化剂水溶液，所加氧化剂与所加苯胺的物质的量之比在1: 0.25_ 1.0之间；(4) 如(3)所述的混合体系在室温下搅拌15—24小时，然后将体系中析出的 墨绿色沉淀收集，用蒸馏水洗涤数次，真空干燥得到墨绿色粉末状固体聚合物。本专利技术的葫戸脲苯胺纳米超分子导电聚合物，在纳米超分子材料
可作为具有绝缘层的纳米级分子导线应用。本专利技术的有益效果葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物可以直接由葫芦 脲苯胺包合物在酸性水溶液中直接聚合得到，合成方法简便易行，在纳米超分子 材料
具有广阔的应用前景。其制备方法克服了现有分子导线制备技术中 对于溶剂和pH值的严格限制，利用主客体的包结配合作用，非常方便地制备了一种具有绝缘层的纳米超分子导电聚合物。本专利技术的聚合物在纯水中的吸收带分别出现在345 nm和828 nm左右(如图2 所示。浓度0.01 mmol dm-3; T = 298K)。在1M NaOH水溶液中该化合物立即由 墨绿色变为蓝紫色。同时其两个电荷转移吸收带均出现蓝移，其中828 nm处的吸 收带蓝移到585 mn左右，蓝移了243 nm。而345 nm处的吸收带也有些许蓝移现象， 蓝移了约20 mn。 AFM， TEM实验的结果表明，葫戸脲苯胺纳米超分子导电聚 合物呈一维纳米级线状聚集体形态。另外，相比于由已知技术合成得到的聚苯胺， 其电化学性质有显著不同。由于葫芦脲对于阳离子自由基的稳定作用，该葫芦 脲苯胺纳米超分子导电聚合物可以在较宽的pH值范围内进行可逆的氧化还原过 程。纳米超分子导电聚合物经^NMR， UV-vis-near IR，热重等分析手段的表征， 并通过AFM, TEM等手段系统地研究了该纳米超分子的基本形态。本专利技术提供的 纳米导电聚合物水溶性高于聚苯胺。附图说明图l:葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物的合成路线示意图2:葫戶脲苯胺纳米超分子导电聚合物(CBPANI)在水中和NaOH水溶 液中的紫外-可见-近红外光谱图3:葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物(CBPANI)、聚苯胺(PANI)和葫 戶脲(CB)的'HNMR (D20) i普图的对比;图4:葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物(CBPANI)、聚苯胺(PANI)和葫 产脲(CB)的热失重曲线；5图5:葫戸脲苯胺纳米超分子导电聚合物(CBPANI)在原子力显微镜 (AFM)下的图像；图6:葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物(CBPANI)在透射电镜(TEM) 下的图像；图7葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物(CBPANI， 1.0xlO—4M)水溶液 在不同pH值下的紫外变化图8葫戸脲苯胺纳米超分子导电聚合物(CBPANI，图a)和相同条件下 聚苯胺(PANI，图b)水溶液在不同pH值下，波长585nm处的紫外吸收强度变化 趋势图9葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物(CBPANI)和聚苯胺(PANI) 的EPR谱图及其随时间的强度衰减数据图10葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物(CBPANI， 1.0xl(T4M，曲线a) 和聚苯胺(PANI， 1.0xl(r4M,曲线b)在1M盐酸溶液中的循环伏安曲线图。具体实施方式本专利技术提供的葫芦脲苯胺纳米超分子导电聚合物由苯胺与葫芦脲的混 合物在酸性水溶液中发生聚合所得，单体结构如下所示3nilin6CB本专利技术的制备方法具体描述如下:CB[7PANI本专利技术的制备方法中，所述的制备过程中酸性水溶液所用的溶剂水均为蒸馏水。<formula>formula see original document page 6</formula>所述的苯胺为试剂纯，葫芦脲为由已知技术合成得到。所述的酸性水溶液为盐酸， 高氯酸或硫酸水溶液中的一种。所述的酸性水溶液为浓度1.0—2.2M的盐酸水溶液时聚 合物的产率最高。所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种葫芦［７］脲苯胺纳米超分子导电聚合物，其特征在于由葫芦［７］脲与苯胺构成的包合物在酸性水溶液中聚合得到，它的结构通式为：＊＊＊ＣＢ［７］ＰＡＮＩ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘育，史珺，陈湧，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。