导电聚合物材料及其合成方法和应用技术

一种导电聚合物材料，该导电聚合物材料为具有一维的分子链结构的纳米聚吡咯分子导线。上述具有一维的分子链结构的纳米聚吡咯分子导线有效的解决了聚吡咯分子在结构上的缺陷，提高了电荷在纳米聚吡咯分子导线上的离域程度，因此，上述导电聚合物材料具有较高的导电性。此外，还提供了合成上述导电聚合物材料的方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
导电聚合物材料及其合成方法和应用
本专利技术涉及纳米导电高分子合成领域，特别涉及一种导电聚合物材料及其合成方法和应用。
技术介绍
聚吡咯作为目前研究最广泛的一种导电高分子材料，具有广阔的应用前景，如在电池、电容器、生物传感器和DNA芯片等各种器件上。近年来，科研工作者开拓了一系列新型合成方法以制备具有不同纳米及微米结构的聚吡咯。其中，模板法是研究得较成功的合成聚吡咯的方法，当前的模板有微孔聚合物、微孔无机物(微孔氧化铝膜、微孔硅)以及分子筛等等，这些模板也被称为“硬模板”。然而，由于吡咯自身具有α、β双聚合位点的结构特征，在合成时极易形成交联的高维聚合物结构。由于聚吡咯是一种不溶于任何溶剂又不熔融的聚合物，其链结构目前仍不十分清楚，因此，采用常规开放体系下聚合的聚吡咯， 聚合位置不确定，且易形成分枝状聚吡咯，一般认为聚吡咯的链结构是以α-α键和一些 α-β键以及β-β键的吡咯单元交联键合起来的平面阵列形式，然而，实际上只有不到三分之二的吡咯单元是以这样理想的形式存在的，聚合的聚吡咯这种在结构上的缺陷限制了电荷在聚合物链上的离域程度，降低它的导电性。目前，有报道合成二维层状孔和三维穿插孔负载聚合物的方法，然而，上述方法合成的聚合物的导电性能仍然较低。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种具有较高导电性能的导电聚合物材料。一种导电聚合物材料，所述导电聚合物材料为具有一维的分子链结构的纳米聚吡咯分子导线。此外，还有必要提供一种上述导电聚合物材料的制备方法。一种合成导电聚合物材料的方法，包括如下步骤步骤一合成材料为二 4-(4-吡啶基)苯甲酸二乳酸合锌的有机框架，所述有机框架具有纳米孔道；步骤二将所述有机框架进行干燥，然后在惰性气体的气氛中将所述有机框架浸泡于吡咯单体溶液中，使所述吡咯单体负载到所述有机框架上；步骤三将负载有吡咯单体的有机框架在-10°C -20°C的温度下浸泡于浓度为 0. 01mol/L 0. lmol/L的碘的有机溶液中，然后置于室温下发生聚合反应，得到负载纳米聚吡咯分子导线的有机框架；及步骤四将所述负载纳米聚吡咯分子导线的有机框架进行分离及纯化，得到所述导电聚合物材料，所述导电聚合物材料为具有一维的分子链结构的纳米聚吡咯分子导线。在优选的实施例中，步骤一中，所述合成有机框架的方法包括将4-(4-吡啶基) 苯甲酸、乳酸和六水合硝酸锌按照1 0. 8 1. 2 1 2的摩尔比例依次加入N，N- 二甲基甲酰胺中配制成总浓度为0. 18mol/L 0. 28mol/L的混合溶液，然后将所述混合溶液在3温度为90°C 140°C的密闭环境下保温48小时 72小时进行水热反应，冷却后得到所述有机框架。在优选的实施例中，步骤三中，所述碘的有机溶液为碘的正己烷溶液或碘的环己烷溶液。在优选的实施例中，步骤四中，所述分离及纯化的方法包括将所述负载纳米聚吡咯分子导线的有机框架浸泡于0. lmol/L lmol/L的氨水溶液中，待所述有机框架溶解后， 过滤去除分子量小于500的分子。在优选的实施例中，所述过滤的方法为半透膜过滤法。在优选的实施例中，所述分子量小于500的分子为4-(4-吡啶基)苯甲酸分子及乳酸分子。在优选的实施例中，步骤二中，所述惰性气体为氮气。本专利技术还提供上述导电聚合物材料在电池、电容器、生物传感器或DNA芯片上的应用。上述合成导电聚合物材料的方法中，采用含一维刚性纳米孔的二 4-(4-吡啶基) 苯甲酸二乳酸合锌有机框架做模板，且二 4-(4-吡啶基)苯甲酸二乳酸合锌有机框架具有纳米的方形孔道、芳香环组成的刚性孔壁以及廉价易得的优点，其孔壁富有电子，从而达到精确控制吡咯单体分子的进入和定位，分步引入氧化剂碘与吡咯单体、参比优化聚合环境， 成功实现了吡啶单体在含纳米孔道的二 4-(4-吡啶基)苯甲酸二乳酸合锌有机框架中高度有序聚合，获得的具有一维的分子链结构的纳米聚吡咯分子导线，有效的解决了聚吡咯分子在结构上的缺陷，提高了电荷在纳米聚吡咯分子导线上的离域程度，因此，上述导电聚合物材料具有较高的导电性。附图说明图1为一实施方式的合成导电聚合物材料的方法的流程图；图2为一实施方式的合成导电聚合物材料的方法的示意图；图3为实施例一的测试导电装置示意图；图4为实施例一的负载纳米聚吡咯分子导线的二 4-(4-吡啶基)苯甲酸二乳酸合锌有机框架的红外光谱；图5为实施例一的-吡啶基)苯甲酸二乳酸合锌有机框架(曲线A)与负载纳米聚吡咯分子导线的二 4-(4-吡啶基)苯甲酸二乳酸合锌有机框架(曲线B)的热重曲线图；图6为实施例一的纳米聚吡咯分子导线(曲线C)、去除了 DMF的二 4-(4-吡啶基) 苯甲酸二乳酸合锌有机框架(曲线D)、步骤(1)中的二 4- -吡啶基)苯甲酸二乳酸合锌有机框架(曲线E)及计算机模拟原框架(曲线F)的X射线衍射曲线图；图7为实施例一的发生聚合反应前的有机框架对氮气的吸附与解吸曲线(曲线G) 与发生聚合反应后的有机框架对氮气的吸附与解吸曲线(曲线H)图；图8为实施例一的纳米聚吡咯分子导线的扫描电镜图；图9为实施例一的纳米聚吡咯分子导线的透射电镜图；图10为实施例一的聚合反应发生后用乙醇溶出的I3—离子的紫外吸收曲线图。具体实施方式下面主要结合附图及具体实施例对导电聚合物材料及其合成方法和应用作进一步详细的说明。一实施方式的导电聚合物材料，该导电聚合物材料为具有一维的分子链结构的纳米聚吡咯分子导线。如图1及图2所示，一种合成导电聚合物材料的方法，包括如下步骤步骤Sl 合成材料为二 4-(4-吡啶基)苯甲酸二乳酸合锌的有机框架，有机框架具有纳米孔道。在本实施例中，合成有机框架的方法包括将4-(4-吡啶基)苯甲酸、乳酸和六水合硝酸锌按照1 0. 8 1. 2 1 2的摩尔比例依次加入N，N- 二甲基甲酰胺中配制成总浓度为0. 18mol/L 0. 28mol/L的混合溶液，然后将混合溶液在温度为90°C 140°C的密闭环境下保温48小时 72小时进行水热反应，冷却后得到有机框架。在优选的实施例中，水热反应在带聚四氟乙烯衬底的水热反应釜密闭进行，可以将水热反应釜置于烘箱中进行水热反应，温度优选为110°C，优选的保温时间为72小时，然后在室温下进行冷却，得到无色块状结晶的有机框架。在本实施例中，先将4-(4-吡啶基)苯甲酸加入N， N- 二甲基甲酰胺中，再加入乳酸，然后加入六水合硝酸锌配制混合溶液，4-(4-吡啶基)苯甲酸、乳酸和六水合硝酸锌的优选比例为1 1 1. 5 ；混合溶液的总浓度优选为0. 23mol/ L。此有机框架具有独特的规整、纳米级孔的特点，且它是由有机配体与无机金属中心通过配位键组装的，方便简单地利用具有弱碱性的氨水去除有机框架，另外，此有机框架具有大量传统分子筛所不具备的优点，如不寻常的孔穴形状、更加温和的合成条件及潜在的对孔穴大小和尺寸的可控性。步骤S2 将有机框架进行干燥，然后在惰性气体的气氛中将有机框架浸泡于吡咯单体溶液中，使吡咯单体负载到有机框架上。在本实施例中，将有机框架在200°C真空条件下干燥10小时，去除有机框架中的DMF。惰性气体可以为氮气、氦气、氩气等气体，优选为氮气。步骤S3 将负载有吡咯单体的有机框架在-10°C _20°C的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张春阳，王强心，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：