本文公开了一种在基底上形成导电性聚合物沉积物的方法（10）。所述方法（10）可以包括以下步骤：制备包含导电性聚合物单体和亚硝酰基前体的组合物（11），将所述基底与所述组合物接触从而在基底的外表面上形成亚硝酰离子（12），然后使单体聚合为导电性聚合物（13），其中所述聚合由亚硝酰离子引发并且所述导电性聚合物沉积于基底的外表面上。所述导电性聚合物可以为聚吡咯。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文公开了ー种使用原位生成的亚硝酰离子作为氧化剂形成导电性聚合物的方法。亚硝酰离子为通过电化学或化学地生成。本文还公开了所得的聚合物以及由此生成的聚合物-无机复合材料在各个领域(例如能量转换/存储、涂层、传感器、药物递送和催化)中的应用。
技术介绍
导电性聚合物结合了有机聚合物的期望特征和半导体的电学特性，是用于能量转换/存储、光电子、涂层和传感技术的有吸引力的材料。一般来讲，导电性聚合物的聚合由单体经化学或电化学氧化为自由基来引发，随后进行自由基偶合以及链增长。化学氧化包括使用氧化剂(如FeCl3),而电化学氧化通常通过在浸入単体溶液的导电基底上施加阳极偏压(使工作电极上发生氧化反应的偏压)(阳极电聚合)来实现。电化学引发的聚合通常用于制备膜型或电极型导电性聚合物，这是因为其将聚合定位于工作电极，并且便于控制膜的厚度和形态。在进ー步的发展中，已将导电性聚合物用作一种基质嵌入或分散金属颗粒(例如Cu、Au、Ag、Ni、Ru、Ir、Pt、Co、Pd、Fe)以形成用于各种电化学应用(例如传感器和电催化剂)的导电性聚合物-金属复合电扱。通常，这些复合电极通过两步电沉积方法来制备电聚合(阳极沉积)，随后进行金属沉积(阴极沉积)。该两步法不仅使制备繁琐和昂贵，还限制了由此生成的金属-聚合物复合物的类型和质量。然而，因为阳极电聚合和阴极金属沉积需要在工作电极上分別使用显著不同并且经常不相容的电势范围进行氧化和还原反应，制备金属-导电性聚合物复合膜的一步法仍有待开发。当将导电性聚合物与高表面积介孔ニ氧化硅材料结合时，可制备另ー类重要的导电性聚合物基复合材料。介孔ニ氧化硅材料由于其均匀的介孔特性以及高表面积已被用于各种应用(催化、传感、药物递送、吸附和分离)。当导电性聚合物层沉积在介孔壁上时，可将ニ氧化硅的物理化学特性以及表面性质(例如亲水性和表面电荷)改性，使得可将宽范围的分子/物质吸附和/或固定在介孔壁上，从而显著拓宽该介孔材料的应用。此外，导电性聚合物涂层可以将绝缘的介孔ニ氧化硅材料转化为可用于传感器和电催化的半导电复合物。为了获得保持均匀的和可通过的介孔的ニ氧化硅-聚合物复合物，应当将薄聚合物涂层以均匀且不阻塞介孔入口的方式引入至介孔壁上。当在一个反应室中将単体及引发剂(例如氧化剂)与介孔ニ氧化硅颗粒混合时，聚合主要在本体溶液中或在ニ氧化硅颗粒表面上发生，这是因为单体或引发剂较不易于扩散到孔中。这种情况阻塞孔入口并阻碍了高质量复合介孔颗粒的形成，和/或在溶液中产生了不期望的纯聚合物颗粒和复合颗粒的混合物。为了在介孔中实现期望的聚合，已开发出几种方法，所述方法通常需要两步步骤。具体地，首先将单体吸附在ニ氧化硅介孔内，然后转移至不同的室以与引发剂混合。因为在溶液相中単体和引发剂之间的相互作用受到限制，可以显著地抑制不期望的本体聚合。同样，尽管这种两步方法使制备繁琐且昂贵，导电性聚合物在介孔ニ氧化硅壁上的一歩形成和沉积仍有待开发。
技术实现思路
为满足前述需求，本文公开了ー种在基底上形成导电性聚合物沉积物的方法。所述方法可以包括以下步骤制备包含导电性聚合物単体和亚硝酰基前体的组合物，将基底与该组合物接触以在基底的外表面上形成亚硝酰离子，然后使单体聚合为导电性聚合物，其中所述聚合由亚硝酰离子引发并且所述导电性聚合物沉积于基底的 外表面上。所述导电性聚合物可以为聚吡咯。在一个实施方案中，亚硝酰离子可以通过电化学生成。为此，基底可以为工作电极并且所述方法可以进一歩包括提供与组合物接触的辅助电极和任选的參比电极，以及在エ作电极和辅助电极之间施加电位偏压。为了电化学地生成亚硝酰离子，所述组合物可以包含作为亚硝酰基前体的硝酸盐(例如硝酸钠)，并且所述组合物的PH值可以小于约7。在该实施方案的改进中，所述组合物可以进一歩包含金属盐(例如氯化锡)，并且该方法可以进一歩包括在基底上形成和沉积金属颗粒以及导电性聚合物的步骤。在一些实例中，可以将金属颗粒均匀地涂覆于导电性聚合物的外表面上。在本专利技术的另ー个实施方案中，可以在基底的表面上化学生成亚硝酰离子。为此，基底可以具有给质子表面(例如具有表面轻基的基底)。例如，基底可以为介孔~■氧化娃或铝硅酸(aluminosiIica)。所述组合物可以包括作为亚硝酰基前体的亚硝酸盐，例如亚硝酸钠。导电性聚合物可以在基底的表面上形成基本上连续的涂层以使该基底导电。此外，该基底的介孔结构在导电性聚合物在基底上形成和沉积之后可以基本上保持不变。所公开的方法和基底-导电性聚合物复合物的其它优点和特性将在下面更详细地描述。在各处还应注意的是本领域的普通技术人员无须过度实验即可将本专利技术公开的复合物或方法适当地改进从而用于各种各样的应用。附图说明为了更完整地理解所公开的复合物和方法，应当參考附图中更详细说明的实施方案，其中图I为根据本专利技术的在基底上形成导电性聚合物沉积物的方法的框图；图2为使用阴极偏压在通过本专利技术公开的方法的第一个实施方案获得的基底上沉积的聚吡咯的SEM图像；图3为使用阳极偏压在通过现有技术的方法获得的基底上沉积的聚吡咯的SEM图像；图4为图2所示的聚吡咯颗粒的放大SEM图像；图5为在通过本专利技术公开的方法的第一个实施方案获得的阴极基底上共沉积的聚吡咯颗粒和锡的SEM图像；图6为图5所示的聚吡咯-锡颗粒的剖视TEM图像；图17为图5所示的聚吡咯-锡颗粒的BSE图像；图8示出了通过本专利技术公开的方法的第一个实施方案获得的阴极-聚吡咯-锡复合物的第一(实线)和第二(虚线)充电-放电曲线；图9示出了通过本专利技术公开的方法的第一个实施方案获得的阴极-聚吡咯-锡复合物的充电容量(实心点)和库仑效率(空心点)曲线(形成后在IC倍率下)；图10示出了通过本专利技术公开的方法的第一个实施方案获得的阴极-聚吡咯-锡复合物在O. 2C恒定倍率下(空心点)和变化倍率下(实心点)的充电容量； 图11为在包含O. IM吡咯、O. IM NaNO2和O. 2mMこ酸的溶液中聚吡咯聚合的照片实证；图12为在包含O. IM吡咯、O. IM NaNO2和各种浓度的こ酸的溶液中聚吡咯聚合的照片实证；图13为在根据本专利技术公开的方法的第二个实施方案的介孔ニ氧化硅基底上聚吡咯聚合的照片实证；图14为当FeCl3用作引发剂时聚吡咯在溶液中聚合的照片实证；图15示出了介孔ニ氧化硅基底(实心点)和通过本专利技术公开的方法的第二个实施方案获得的ニ氧化硅-聚吡咯复合物(空心点)的氮吸附/脱附等温线；图16示出了介孔ニ氧化硅基底(实心点)和通过本专利技术公开的方法的第二个实施方案获得的ニ氧化硅-聚吡咯复合物(空心点)的孔尺寸分布；以及图17示出了通过本专利技术公开的方法的第二个实施方案获得的ニ氧化硅_聚吡咯复合物的电导率测量。应当理解附图未必按照比例绘制，所公开的实施方案有时以图解和局部视图来表示。在某些情况下，对于本专利技术公开的复合物或方法的理解不是必须的且使得其他细节难以理解的细节可能被省略。当然，应当理解的是本专利技术公开的内容不限于本文示出的具体实施方案。专利技术详述本专利技术主要涉及ー种使用亚硝酰离子(NO+)作为氧化剂形成导电性聚合物的方法。亚硝酰离子可由亚硝酸根离子和质子间的反应形成。因此，当将亚硝酸盐、质子给体和単体在溶液中混合时，溶液中发生聚合。然而，如本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔景信，郑镛洲，N·辛格，
申请(专利权)人：珀杜研究基金会，
类型：
国别省市：
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。