專利名稱：一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚吡咯復(fù)合材料，特別涉及一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
聚吡咯是含有π共軛結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電高分子。近年來(lái)，由于其合成簡(jiǎn)便，抗氧化性能良好，與其它導(dǎo)電高分子相比電導(dǎo)率較高、易成膜、柔軟等優(yōu)點(diǎn)而日益受到人們的關(guān)注。目前，聚吡咯已被應(yīng)用于制作發(fā)光材料、電磁屏蔽材料、二次電池、防腐涂料等領(lǐng)域。但其電導(dǎo)率相對(duì)于良導(dǎo)體還有一定差距，將聚吡咯與金屬粒子復(fù)合可大幅提高其導(dǎo)電率。金納米粒子有著特殊的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，在電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和化學(xué)性質(zhì)方面具有常規(guī)材料不具備的優(yōu)越性能。將聚吡咯與金納米粒子復(fù)合，不僅可以提高聚吡咯的導(dǎo)電性能，還可以使得復(fù)合材料兼具有機(jī)無(wú)機(jī)材料的雙重優(yōu)點(diǎn)。在文獻(xiàn)((Jingjing Xu, Jianchen Hu. Etc. Decorating Polypyrrole Nanotubes with Au Nanoparticles by an In Situ Reduction Process. Macromol. Rapid Commun., 2009，30，936-940》中介紹的是，納米金修飾聚吡咯納米管的合成，該方法采用了模板法，模板的制備和清除相對(duì)繁瑣。在文獻(xiàn)《T. Rapecki, M. Donten. Etc. Electrodeposition of polypyrroIe-Au nanoparticles composite from one solution containing gold salt and monomer. Electrochemistry Communications, 2010,12，624-627》中介紹的電化學(xué)制備聚吡咯/金納米復(fù)合粒子，而不是化學(xué)氧化法，制備過(guò)程繁瑣，對(duì)設(shè)備的要求高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法，該方法所制備的復(fù)合材料導(dǎo)電性能優(yōu)良，分散性好，且制備過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備環(huán)境的要求低。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法，包括步驟如下(1)室溫條件下，將去離子水、表面活性劑、助表面活性劑混合攪拌均勻，形成均一透明的微乳液體系；(2)向微乳液體系中加入吡咯單體，攪拌得均一體系；(3)向步驟(2)得的均一體系中加入鹽酸，調(diào)節(jié)pH值至0.8 1.3 ；(4)向調(diào)節(jié)pH值后的體系中加入氯金酸溶液，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)3-6小時(shí)；(5)反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)破乳、離心、洗滌、干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合材料。所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉(SDS)或十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。所述的助表面活性劑為正丙醇或正丁醇或正戊醇。
所述的表面活性劑的用量為去離子水質(zhì)量的0. 015 0. 045倍，助表面活性劑的用量為去離子水質(zhì)量的0. 005 0. 015倍，吡咯單體的用量為去離子水質(zhì)量的0. 0001 0. 0005 倍。步驟⑵所述的吡咯單體的用量為步驟(1)中去離子水質(zhì)量的0. 0001 0. 0005倍。所述的氯金酸溶液的物質(zhì)的量濃度為24. 281 X 10_3mol/L，氯金酸溶液的用量為吡咯質(zhì)量的0. 03 0. 07倍。所述鹽酸優(yōu)選質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%，所述濃鹽酸的用量為去離子水質(zhì)量的0. 005 0. 015 倍。本發(fā)明制備的聚吡咯/金納米復(fù)合材料具有特殊的四面體形貌。納米金粒子與聚吡咯基體通過(guò)靜電作用和配位作用結(jié)合，提高了復(fù)合材料的界面結(jié)合力。金納米粒子聚集在四面體形貌的聚吡咯基體周圍或者內(nèi)部，可顯著提高聚吡咯的導(dǎo)電性能。通過(guò)透射電鏡照片(各圖片見(jiàn)附圖)，我們可以看到，聚吡咯/金復(fù)合納米粒子分散均勻，成規(guī)則的四面體形貌，金被包裹在聚吡咯基體中，四面體的棱長(zhǎng)大約在IOOnm左右。圖2為聚吡咯/金納米復(fù)合粒子的紅外光譜，784cm 1是吡咯環(huán)上C-H鍵擺動(dòng)峰，KMOcnT1對(duì)應(yīng)吡咯環(huán)骨架振動(dòng)峰，1451CHT1對(duì)應(yīng)Ol2和O-CH3鍵的彎曲振動(dòng)峰，1551cm"1對(duì)應(yīng)吡咯環(huán)和C-N鍵的振動(dòng)峰，在 3404cm 1處是N-H的伸縮震動(dòng)。圖3為聚吡咯/金復(fù)合納米材料的X衍射分析，證明復(fù)合材料中存在晶態(tài)的納米金。所制備的聚吡咯/金納米復(fù)合材料分散性好，導(dǎo)電率高，導(dǎo)電率可以達(dá)到121. 363S/cm，有望應(yīng)用在發(fā)光材料、電磁屏蔽材料、二次電池、防腐涂料等領(lǐng)域。本發(fā)明制備的聚吡咯/金納米復(fù)合材料采用有機(jī)/無(wú)機(jī)納米復(fù)合體系，在本征導(dǎo)電的聚吡咯中引入納米無(wú)機(jī)導(dǎo)電金粒子，以化學(xué)氧化聚合方法為基礎(chǔ)制備了聚吡咯/金納米復(fù)合材料，制備工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境污染??；本發(fā)明采以氯金酸為氧化劑，在氧化吡咯聚合的同時(shí)，氯金酸原位還原為金納米粒子，金納米粒子和聚吡咯通過(guò)靜電作用和配位作用結(jié)合， 增加了納米粒子和導(dǎo)電聚合物的界面力，提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能；采用本發(fā)明制備的聚吡咯/金納米復(fù)合材料，可改善聚吡咯的可加工性、導(dǎo)電性和分散性，以及復(fù)合材料的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明制得的聚吡咯圖2為本發(fā)明制得的聚吡咯圖3為本發(fā)明制得的聚吡咯
金納米復(fù)合材料粒子的透射電鏡圖片； 金納米復(fù)合材料粒子的紅外光譜圖片； 金納米復(fù)合材料粒子X(jué)衍射圖片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例1—種聚吡咯/金納米復(fù)合材料及其制備方法步驟如下①在室溫條件下，將IOOg去離子水、1. 5g表面活性劑SDS、0. 5g助表面活性劑正戊醇攪拌均勻，形成均一透明的微乳液體系；
②將0. Olg吡咯單體加入到體系中，攪拌得到均一體系；③向體系中加入0. 5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%濃鹽酸，調(diào)節(jié)體系的PH值；④向該體系中緩慢加入物質(zhì)的量濃度為24. 281X10_3mol/L的氯金酸溶液3g，持續(xù)反應(yīng)4h。⑤反應(yīng)結(jié)束后，將所得體系用乙醇破乳，離心，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌，干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合材料。實(shí)施例2一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料及其制備方法步驟如下①在室溫條件下，將IOOg去離子水、1. 5g表面活性劑PVP、0. 5g助表面活性劑正丙醇攪拌均勻，形成均一透明的微乳液體系；②將0. 05g吡咯單體加入到體系中，攪拌得到均一體系；③向體系中加入1. 5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%濃鹽酸，調(diào)節(jié)體系的PH值；④向該體系中緩慢加入物質(zhì)的量濃度為24. 281X10_3mol/L的氯金酸溶液7g，持續(xù)反應(yīng)池。⑤反應(yīng)結(jié)束后，將所得體系用乙醇破乳，離心，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌，干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合材料。實(shí)施例3一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料及其制備方法步驟如下①在室溫條件下，將IOOg去離子水、3. Og表面活性劑PVP、1. 5g助表面活性劑正丙醇攪拌均勻，形成均一透明的微乳液體系；②將0. 03g吡咯單體加入到體系中，攪拌得到均一體系；③向體系中加入Ig質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%濃鹽酸，調(diào)節(jié)體系的PH值；④向該體系中緩慢加入物質(zhì)的量濃度為24. 281X10_3mol/L的氯金酸溶液5g，持續(xù)反應(yīng)證。⑤反應(yīng)結(jié)束后，將所得體系用乙醇破乳，離心，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌，干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合材料。實(shí)施例4一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料及其制備方法步驟如下①在室溫條件下，將IOOg去離子水、4. 5g表面活性劑CTAB、Ig助表面活性劑正丁醇攪拌均勻，形成均一透明的微乳液體系；⑥將0. 03g吡咯單體加入到體系中，攪拌得到均一體系；⑦向體系中加入1. 5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%濃鹽酸，調(diào)節(jié)體系的PH值；⑧向該體系中緩慢加入物質(zhì)的量濃度為24. 281X10_3mol/L的氯金酸溶液3g，持續(xù)反應(yīng)他。⑨反應(yīng)結(jié)束后，將所得體系用乙醇破乳，離心，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌，干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合材料。
實(shí)施例5一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料及其制備方法步驟如下①在室溫條件下，將IOOg去離子水、3. Og表面活性劑SDS、lg助表面活性劑正戊醇攪拌均勻，形成均一透明的微乳液體系；②將0. 03g吡咯單體加入到體系中，攪拌得到均一體系；③向體系中加入Ig質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%濃鹽酸，調(diào)節(jié)體系的PH值；④向該體系中緩慢加入物質(zhì)的量濃度為24. 281X10_3mol/L的氯金酸溶液5g，持續(xù)反應(yīng)4h。⑤反應(yīng)結(jié)束后，將所得體系用乙醇破乳，離心，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌，干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合材料。實(shí)施例6一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料及其制備方法步驟如下①在室溫條件下，將IOOg去離子水、4. 5g表面活性劑PVP、1. 5g助表面活性劑正丙醇攪拌均勻，形成均一透明的微乳液體系；②將0. 03g吡咯單體加入到體系中，攪拌得到均一體系；③向體系中加入1. 5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%濃鹽酸，調(diào)節(jié)體系的PH值；④向該體系中緩慢加入物質(zhì)的量濃度為24. 281X10_2mol/L的氯金酸溶液3g，持續(xù)反應(yīng)4h。⑤反應(yīng)結(jié)束后，將所得體系用乙醇破乳，離心，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌，干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合材料。實(shí)施例7—種聚吡咯/金納米復(fù)合材料及其制備方法步驟如下①在室溫條件下，將IOOg去離子水、1. 5g表面活性劑CTAB、0. 5g助表面活性劑正戊醇攪拌均勻，形成均一透明的微乳液體系；②將0. Olg吡咯單體加入到體系中，攪拌得到均一體系；③向體系中加入0. 5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%濃鹽酸，調(diào)節(jié)體系的PH值；④向該體系中緩慢加入物質(zhì)的量濃度為24. 281X10_3mol/L的氯金酸溶液5g，持續(xù)反應(yīng)證。⑤反應(yīng)結(jié)束后，將所得體系用乙醇破乳，離心，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌，干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合材料。實(shí)施例8一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料及其制備方法步驟如下①在室溫條件下，將IOOg去離子水、4. 5g表面活性劑SDS、1. 5g助表面活性劑正戊醇攪拌均勻，形成均一透明的微乳液體系；②將0. 05g吡咯單體加入到體系中，攪拌得到均一體系；
③向體系中加入1. 5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%濃鹽酸，調(diào)節(jié)體系的PH值；④向該體系中緩慢加入物質(zhì)的量濃度為24. 281X10_3mol/L的氯金酸溶液7g，持續(xù)反應(yīng)4h。⑤反應(yīng)結(jié)束后，將所得體系用乙醇破乳，離心，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌，干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是，包括步驟如下(1)室溫條件下，將去離子水、表面活性劑、助表面活性劑混合攪拌均勻，形成均一透明的微乳液體系；(2)向微乳液體系中加入吡咯單體，攪拌得均一體系；(3)向步驟⑵得的均一體系中加入鹽酸，調(diào)節(jié)pH值至0.8 1.3；(4)向調(diào)節(jié)pH值后的體系中加入氯金酸溶液，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)3-6小時(shí)；(5)反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)破乳、離心、洗滌、干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的表面活性劑的用量為去離子水質(zhì)量的0. 015 0. 045倍，助表面活性劑的用量為去離子水質(zhì)量的0. 005 0. 015倍，吡咯單體的用量為去離子水質(zhì)量的0. 0001 0. 0005倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉或十六烷基三甲基溴化銨或聚乙烯吡咯烷酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的助表面活性劑為正丙醇或正丁醇或正戊醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是，步驟⑵所述的吡咯單體的用量為步驟(1)中去離子水質(zhì)量的0. 0001 0. 0005倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的氯金酸溶液的物質(zhì)的量濃度為24. 281X10_3mol/L，氯金酸溶液的用量為吡咯質(zhì)量的0. 03 0. 07 倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚吡咯/金納米復(fù)合材料的制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。該方法在室溫條件下，將去離子水、表面活性劑、助表面活性劑攪拌均勻，再將吡咯單體加入到體系中，并加入一定量的濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值至0.8～1.3；向該體系中緩慢加入氯金酸溶液反應(yīng)3-6小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)破乳、離心、干燥得到聚吡咯/金納米復(fù)合粒子。本發(fā)明所得聚吡咯/金復(fù)合納米粒子分散均勻且成規(guī)則的四面體形貌，導(dǎo)電性能優(yōu)良，導(dǎo)電率高，有望用于二次電池的電極材料、發(fā)光材料、電磁屏蔽材料及防腐涂料等領(lǐng)域；同時(shí)制備過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)反應(yīng)環(huán)境要求低，實(shí)驗(yàn)參數(shù)易控制。
文檔編號(hào)C08L79/04GK102219998SQ201110146409
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者劉鋒, 孫立波, 李波, 楚林疋, 石元昌 申請(qǐng)人:山東大學(xué)