一种制备聚苯胺纳米线的方法技术

一种制备聚苯胺纳米线的方法，涉及一种聚合物材料。提供一种反应条件温和，效率高，适合工业化生产的基于悬浮态界面聚合的制备聚苯胺纳米线的方法。在容器中加入氢离子浓度为１ｍｏｌ／Ｌ的酸性水溶液做连续相，再加入水溶性分散剂，分散剂浓度在最终体系中的浓度为１～２ｇ／Ｌ；将含有０．１～１ｍｏｌ／Ｌ苯胺单体的有机溶液加入酸性水溶液中，加入含有与苯胺等摩尔的氧化剂的酸性水溶液，反应温度为０℃到室温，有机相和酸性水溶液的体积比为１／２０～１／５；反应２～４８ｈ后将产物抽滤，用蒸馏水冲洗至滤液为中性，用乙醇洗至滤液为无色透明为止，将产物在４０～６０℃下烘干即可得到直径介于４０～９０ｎｍ的聚苯胺纳米线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚合物材料，尤其是涉及一种导电聚苯胺纳米线的制备方法。
技术介绍
由于导电聚苯胺具有优异的环境稳定性、热稳定性和掺杂可逆性，且易于合成，因此成 为最具商业应用前景的导电聚合物之一 (Zhang D.H., Wang Y.Y., MAT. SCI. E. B ，2006,134 (1): 9-19)。由于聚苯胺纳米材料具有纳米尺度的结构，从而具备了传统导电聚合所没有的小尺寸 效应和量子效应等，赋予其特异的物理性能和化学性能。例如利用与传统聚苯胺相比具有的 更大的比表面的聚苯胺纳米线，制成的传感器材料其对环境中氨的灵敏度比传统传感器高数 十倍(Virji S.， Huang J" KanerR.B.，WeillerB.H.,NANO LETT.，2004， 4(3):491-496)。将聚苯 胺纳米线分散在PMMA中，通过蒸发成膜的办法，可以制备透明的导电薄膜(WangY.Y,Jing X丄.MAT. SCI. E. B ,2007，138(1):95-100)。利用聚苯胺纳米线与金纳米颗粒之间的电子传输作 用，可以作为数字记忆的元件等(Tseng R丄，Baker C.O.,SheddB., Huang J.X.,Kaner R.B.,Ouyang J.Y.,Yang Y.， APPL. PHYS. LETT. 2007, 90(5):053101/l-053101/3 )。随着对纳米聚 苯胺的研究的不断深入，聚苯胺纳米线的合成已经成为导电聚合物材料的一个重要研究方向。目前合成聚苯胺纳米线的常用方法有以下几种1.模板法模板法可以分为"硬模板"禾tl "软模板"法，Martin (Martin C.R., Chem, Mater. 1996，8(8):1739-1746)利用多孔膜，Wu等(Wu C.G., Bein T" Science 1994,264 1757—1759)利用多孑L 的沸石为模板合成聚苯胺，再将模板去除可得到聚苯胺纳米线，这种方法通常称为硬模板法。 其优点是可控性强，可以通过控制模板的孔径，来控制所得的聚苯胺纳米线的半径，这是其 他方法难以比拟的；缺点就是制备过程繁杂，模板的成本高。利用在反应体系中加入表面活 性剂等添加剂，使苯胺单体在添加剂形成的微结构中聚合，形成纳米结构聚苯胺的方法称为 软模板法。例如Jang等(Jang丄S., Yoon H.S., ADV. MATER.,2003,15 (24): 2088-2091)将FeCl3 加入到表面活性剂AOT和异辛醇中，利用铁离子降低临界胶束浓度的特点，使得AOT自发 形成柱状结构。聚苯胺在这些柱状胶束中聚合而得到聚苯胺纳米线。软模板法的优点是条件 温和，制备简便；缺点是通常需要的添加剂量大，用量甚至大于产品的量，成本较高。2..电化学法电化学法是控制电化学反应的各种因素从而得到聚苯胺纳米结构的方法， 如Liang等(Liang L.， Liu J., Windisch C.F., Exarhos G丄，Lin Y.H.， Angew. Chem. Int. Ed. ，2002，41(19): 3665-3668)利用三步控电流法，在0.08mAcm—2的电流密度下成核，然后降低电流密 度到0.04 mAcm-2，最后到0.02 mAcm气利用沉积在电极上的纳米聚苯胺核，在较小的电流 密度下形成统一朝向的聚苯胺纳米线。电化学法的优点是可控性较好；缺点是产量较低，试 验条件要求较高，不适合大规模生产。3.界面聚合法界面聚合是利用将氧化剂和苯胺单体分别溶于两种不相溶的介质中，再 将两种介质混合后使聚苯胺的聚合发生在相界面上(Huang J., Virji S., Weiller B. H., Kaner R. B., J. Am. Chem. Soc. 2003, 125(2):314_315)。这是一种新方法，该法的优点在于除了用与水 形成界面的不溶于水的有机溶剂外，通常不需添加其他助剂，成本较其他方法低，而且制备 的聚苯胺纳米线较为均一；缺点在于该法使用的有机溶剂量很大，而且单体的浓度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种反应条件温和，效率高，适合工业化生产的基于悬浮态界面 聚合的制备聚苯胺纳米线的方法。 本专利技术的具体步骤如下1) 在反应容器中加入氢离子浓度为lmol/L的酸性水溶液做连续相，再加入水溶性分散 剂，其中分散剂浓度在最终体系中的浓度为l 2g/L;2) 将含有0.1 lmol/L苯胺单体的有机溶液，在搅拌下加入到酸性水溶液中，然后加入 含有与苯胺等摩尔的氧化剂的酸性水溶液，该反应体系中，反应温度为0'C到室温，有机相 和酸性水溶液的体积比为l/20 l/5;3) 反应2 48h后，将产物抽滤，用蒸馏水冲洗至滤液为中性，继续用乙醇洗至滤液为 无色透明为止，将产物在40 60'C下烘干即可得到直径介于40 90nm的聚苯胺纳米线。所述的水溶性分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯垸酮或聚丙烯酸钠等。配制所述的有机溶 液所用的溶剂为四氯化碳、1， 2—二氯乙垸、环己烷或甲苯等。所述的氧化剂为过硫酸铵、 过氧化氢、重铬酸钾或氯化铁等。所述的酸性水溶液为盐酸，硫酸或高氯酸的水溶液，所述 的酸性水溶液均为同一种酸的水溶液，氢离子浓度均为lmol/L。在步骤3)中，所述的反应的时间最好为4 24h。本专利技术集合了界面聚合能够得到较规则聚苯胺纳米线，以及悬浮聚合比表面积大的特点， 是一种效率更高，更适合工业化生产聚苯胺纳米线的方法；其特点在于(l)聚苯胺纳米线 的比表面通过悬浮有机相分散液滴的方法得到增大，縮短了反应所需的时间；(2)水/有机 相界面受到剪切力的作用，处于不断运动的状态，减少了纳米线团聚的几率，使得有机溶剂 的用量大为减少，甚至只需要水相的1/20，即可制得均一的聚苯胺纳米线，减少环境污染和 成本消耗；(3)反应条件温和，在室温到0'C都可以制备规则的聚苯胺纳米线。附图说明图1为实施例1制备的聚苯胺纳米线的SEM照片。图2为实施例1制备的聚苯胺纳米线的XRD谱图。在图2中，横坐标为20/degrce。 图3为实施例1制备的聚苯胺纳米线的FTIR谱图。在图3中，横坐标为波数 Wavenumber/cm—1 。具体实施方法下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。实施例l: 1、在三颈烧瓶中加入lmol/L的盐酸水溶液90ml和预先溶解好的质量分数为 10X聚乙烯醇溶液2g，搅拌20min。 2、将苯胺单体0. 96g在冰浴条件下，加到5ml四氯化碳 中搅拌使之成为均匀的溶液。3、将苯胺的四氯化碳溶液用滴液漏斗在搅拌下滴到步骤1配制 的水相中，溶液在20min内滴完，反应在冰浴中进行；4、将2. 28g过硫酸铵加到10ml、浓 度为lmol/L的盐酸水溶液中，配成溶液。并将该溶液滴加到步骤3的溶液中，该氧化剂溶液 在40min内加完；5、反应4h后，将产物抽滤。用蒸馏水洗至滤液为中性，继续用酒精洗至 滤液为无色透明为止。6、将产物在5(TC烘干即可得到直径介于40 卯nm的聚苯胺纳米线。在图1中，聚苯胺纳米线的SEM照片表明纳米线直径在50 80nm之间，从图2聚苯胺 纳米线的XRD谱图中看到18 26本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备聚苯胺纳米线的方法，其特征在于其步骤为：１）在反应容器中加入氢离子浓度为１ｍｏｌ／Ｌ的酸性水溶液做连续相，再加入水溶性分散剂，其中分散剂浓度在最终体系中的浓度为１～２ｇ／Ｌ；２）将含有０．１～１ｍｏｌ／Ｌ苯胺单体的有 机溶液，在搅拌下加入到酸性水溶液中，然后加入含有与苯胺等摩尔的氧化剂的酸性水溶液，该反应体系中，反应温度为０℃到室温，有机相和酸性水溶液的体积比为１／２０～１／５；３）反应２～４８ｈ后，将产物抽滤，用蒸馏水冲洗至滤液为中性，继续用乙 醇洗至滤液为无色透明为止，将产物在４０～６０℃下烘干即可得到直径介于４０～９０ｎｍ的聚苯胺纳米线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴李宗，陈江枫，邓远名，郑毅芳，雷光财，许一婷，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]