一種海膽形納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的電化學(xué)合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚苯胺合成技術(shù)和納米結(jié)構(gòu)合成領(lǐng)域，具體涉及一種海膽形的納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的電化學(xué)合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二十世紀(jì)七十年代末，Shirakawa、MacDiarmicU Heeger等人發(fā)現(xiàn)摻雜態(tài)的聚乙炔具有金屬特性即導(dǎo)電性，從而打開了導(dǎo)電高分子的大門。聚苯胺作為一種導(dǎo)電高分子，由于其存在多種氧化態(tài)，具有電學(xué)和光學(xué)活性，且苯胺單體成本低廉，氧化/還原可逆性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在可充電電源、傳感器、磁屏蔽、電化學(xué)電容器、防腐和防污等領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。
[0003]近年來，納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺由于其在電學(xué)、光學(xué)等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性質(zhì)而在科學(xué)界備受青睞，對其合成方法和應(yīng)用的研宄更是層出不窮。聚苯胺納米結(jié)構(gòu)包括納米線、納米棒、納米管和納米纖維等。目前納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的合成方法包括模板法、自組裝法、電化學(xué)法、聲化學(xué)聚合法、界面聚合法、靜電紡絲等。其中電化學(xué)方法包括循環(huán)伏安法、恒電位法、恒電流法等。秦宗益等[CN 103408754A]采用一種獨(dú)特的溶液法成功合成了聚苯胺納米纖維。該方法無需使用模板，且反應(yīng)在水相中進(jìn)行因而產(chǎn)物后處理簡單，能夠用于大規(guī)模批量生產(chǎn)。王紀(jì)孝等[CN 101139440A]采用一步法制備了具有納米片結(jié)構(gòu)的聚苯胺，其制備工藝過程簡單，且聚苯胺的純度可高達(dá)100%。闞錦晴等采用電化學(xué)方法，制備了聚苯胺納米纖維[CN 1958854A]，具有粒徑均勻、排列規(guī)則的特點(diǎn)。潘牧等[CN 103255433A]采用兩電極體系，大電流下快速合成導(dǎo)電聚苯胺的電化學(xué)合成方法，得到呈納米棒狀結(jié)構(gòu)、直徑為100-350nm的聚苯胺。盡管目前已經(jīng)有很多納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的合成方法，但是探尋新型納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的合成方法仍然具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種簡單可行的海膽形納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的電化學(xué)合成方法。
[0005]海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法是采用循環(huán)伏安法，在三電極體系內(nèi)，在苯胺和質(zhì)子摻雜酸組成的混合電解液中電化學(xué)聚合苯胺，聚合結(jié)束后工作電極上修飾的產(chǎn)物即為聚苯胺，其形貌呈海膽形納米結(jié)構(gòu)。
[0006]海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法的具體步驟如下：
(1)將大于等于99.98%的色譜級的聚苯胺加入到濃度為O. 8~1 mol · L—1的質(zhì)子摻雜酸溶液中，攪拌均勻，聚苯胺的濃度控制在O. 1-0. 45mol · L—1，得到的混合溶液作為電解質(zhì)溶液，待用；
(2)將混合溶液作為電解質(zhì)溶液注入到電解池中，以飽和甘汞電極為參比電極，以直徑為2 mm的鉑盤電極或直徑為I mm的鉑絲為對電極，以直徑為I mm的鉑絲為工作電極，工作電極的長度為6~8 cm，浸入到電解液中的鉑絲的長度為1~3 cm，磁力攪拌，磁子轉(zhuǎn)速為120-150 r · mirf1;
(3)采用循環(huán)伏安法在10~30°C下電化學(xué)聚合苯胺，循環(huán)伏安法的參數(shù)設(shè)置為：電壓范圍為-O. 1~1 V vs. SCE，掃描速率為5~20mv s—1，掃描次數(shù)為2~25次；
(4)聚合完成后，將修飾有聚苯胺的鉑絲從電解液中取出，用去離子水浸洗，除去聚苯胺表面附著的質(zhì)子摻雜酸；
(5)將修飾有聚苯胺的鉑絲在30~35°C的真空干燥箱中真空干燥40~50h，即可得到海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。
[0007]所述的質(zhì)子摻雜酸為鹽酸、磷酸或高氯酸。所述的海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺為墨綠色海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果：
(I)電解液組成簡單。本發(fā)明的方法所用的電解液為苯胺和無機(jī)酸的混合溶液，因此得到的產(chǎn)物為酸摻雜的聚苯胺，而不含其它像引發(fā)劑、氧化劑或表面活性劑這樣的雜質(zhì)。
[0009](2)聚合條件簡單。本發(fā)明采用循環(huán)伏安法電化學(xué)聚合苯胺，該聚合反應(yīng)在室溫下即可進(jìn)行，而不需要提供低溫的環(huán)境。
[0010](3)產(chǎn)物后處理簡單。如⑴中所述，采用本發(fā)明的方法制備聚苯胺得到的產(chǎn)物直接為酸摻雜的聚苯胺，因此產(chǎn)物后處理過程只需真空干燥而省去了去除雜質(zhì)和提純的繁瑣過程。
[0011](4)聚苯胺的結(jié)構(gòu)可控。在本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)條件下，得到的聚苯胺為酸摻雜的海膽形納米結(jié)構(gòu)的墨綠色聚苯胺。
[0012]本發(fā)明所制備的海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺有望在傳感器、電容器、金屬防腐、生物防污等領(lǐng)域獲得廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0013]圖I是本發(fā)明得到的海膽形納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的掃描電鏡圖片（SEM)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法是采用循環(huán)伏安法，在三電極體系內(nèi)，在苯胺和質(zhì)子摻雜酸組成的混合電解液中電化學(xué)聚合苯胺，聚合結(jié)束后工作電極上修飾的產(chǎn)物即為聚苯胺，其形貌呈海膽形納米結(jié)構(gòu)。
[0015]實(shí)施例I:
本實(shí)施例中海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法的具體步驟如下：
(1)將大于等于99.98%的色譜級的聚苯胺加入到濃度為I mol .I/1的鹽酸溶液中，攪拌均勻，聚苯胺的濃度控制在O. Imol · L—1，得到的混合溶液作為電解質(zhì)溶液，待用；
(2)將混合溶液作為電解質(zhì)溶液注入到電解池中，以飽和甘汞電極為參比電極，以直徑為2 mm的鉑盤電極為對電極，以直徑為I mm的鉑絲為工作電極，工作電極的長度為6 cm，浸入到電解液中的鉬絲的長度為I cm，磁力攪拌，磁子轉(zhuǎn)速為120 r · mirT1;
(3)采用循環(huán)伏安法在10°C下電化學(xué)聚合苯胺，循環(huán)伏安法的參數(shù)設(shè)置為：電壓范圍為-O. 1~1 V vs. SCE，掃描速率為5 mv s—1，掃描次數(shù)為25次；
(4)聚合完成后，將修飾有聚苯胺的鉑絲從電解液中取出，用去離子水浸洗，除去聚苯胺表面附著的鹽酸；
(5)將修飾有聚苯胺的鉑絲在30 °C的真空干燥箱中真空干燥40 h，即可得到海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。
[0016]實(shí)施例2:
本實(shí)施例中海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法的具體步驟如下：
(1)將大于等于99.98%的色譜級的聚苯胺加入到濃度為O. 8 mol噸―1的磷酸溶液中，攪拌均勻，聚苯胺的濃度控制在O. 45mol · L—1，得到的混合溶液作為電解質(zhì)溶液，待用；
(2)將混合溶液作為電解質(zhì)溶液注入到電解池中，以飽和甘汞電極為參比電極，以直徑為I mm的鉑絲為對電極，以直徑為I mm的鉑絲為工作電極，工作電極的長度為8 cm，浸入到電解液中的鉬絲的長度為3 cm，磁力攪拌，磁子轉(zhuǎn)速為150 r · mirT1;
(3)采用循環(huán)伏安法在30°C下電化學(xué)聚合苯胺，循環(huán)伏安法的參數(shù)設(shè)置為：電壓范圍為-O. 1~1 V vs. SCE,掃描速率為20mv s—1，掃描次數(shù)為2次；
(4)聚合完成后，將修飾有聚苯胺的鉑絲從電解液中取出，用去離子水浸洗，除去聚苯胺表面附著的磷酸；
(5)將修飾有聚苯胺的鉑絲在35°C的真空干燥箱中真空干燥50h，即可得到海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。
[0017]實(shí)施例3:
本實(shí)施例中海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法的具體步驟如下：
(1)將大于等于99.98%的色譜級的聚苯胺加入到濃度為I mol噸―1的高氯酸溶液中，攪拌均勻，聚苯胺的濃度控制在O. 15mol · L—1，得到的混合溶液作為電解質(zhì)溶液，待用；
(2)將混合溶液作為電解質(zhì)溶液注入到電解池中，以飽和甘汞電極為參比電極，以直徑為I mm的鉑絲為對電極，以直徑為I mm的鉑絲為工作電極，工作電極的長度為7 cm，浸入到電解液中的鉬絲的長度為2 cm，磁力攪拌，磁子轉(zhuǎn)速為130 r · mirT1;
(3)采用循環(huán)伏安法在30°C下電化學(xué)聚合苯胺，循環(huán)伏安法的參數(shù)設(shè)置為：電壓范圍為-O. 1~1 V vs. SCE，掃描速率為5 mv s—1，掃描次數(shù)為20次；
(4)聚合完成后，將修飾有聚苯胺的鉑絲從電解液中取出，用去離子水浸洗，除去聚苯胺表面附著的高氯酸；
(5)將修飾有聚苯胺的鉑絲在30°C的真空干燥箱中真空干燥48h，即可得到海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。
[0018]所述的得到的海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺為墨綠色海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。
【主權(quán)項】
1.一種海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺的電化學(xué)合成方法，其特征在于:采用循環(huán)伏安法，在三電極體系內(nèi)，在苯胺和質(zhì)子摻雜酸組成的混合電解液中電化學(xué)聚合苯胺，聚合結(jié)束后工作電極上修飾的產(chǎn)物即為聚苯胺，其形貌呈海膽形納米結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于方法的具體步驟如下: (1)將大于等于99.98%的色譜級的聚苯胺加入到濃度為0.8~1 mol.L—1的質(zhì)子摻雜酸溶液中，攪拌均勻，聚苯胺的濃度控制在0.1-0.45mol.L—1，得到的混合溶液作為電解質(zhì)溶液，待用； (2)將混合溶液作為電解質(zhì)溶液注入到電解池中，以飽和甘汞電極為參比電極，以直徑為2 mm的鉑盤電極或直徑為I mm的鉑絲為對電極，以直徑為I mm的鉑絲為工作電極，工作電極的長度為6~8 cm，浸入到電解液中的鉑絲的長度為1~3 cm，磁力攪拌，磁子轉(zhuǎn)速為120-150 r.mirf1; (3)采用循環(huán)伏安法在10~30°C下電化學(xué)聚合苯胺，循環(huán)伏安法的參數(shù)設(shè)置為:電壓范圍為-0.1~1 V vs.SCE，掃描速率為5~20mv s'掃描次數(shù)為2~25次； (4)聚合完成后，將修飾有聚苯胺的鉑絲從電解液中取出，用去離子水浸洗，除去聚苯胺表面附著的質(zhì)子摻雜酸； (5)將修飾有聚苯胺的鉑絲在30~35°C的真空干燥箱中真空干燥40~50h，即可得到海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的質(zhì)子摻雜酸為鹽酸、磷酸或高氯酸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺為墨綠色海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海膽形納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的電化學(xué)合成方法。該合成方法的過程簡述如下：(1)配制苯胺單體和摻雜酸的電解質(zhì)溶液；(2)采用三電極體系，通過循環(huán)伏安法電化學(xué)聚合苯胺；(3)將得到的聚苯胺修飾電極用去離子水浸洗，于真空干燥箱中干燥，即可得到墨綠色的聚苯胺產(chǎn)物，其形貌呈海膽形納米結(jié)構(gòu)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于合成過程簡單且不引入雜質(zhì)，合成過程在常溫環(huán)境下即可完成而不需要特殊的低溫環(huán)境，得到的聚苯胺結(jié)構(gòu)可控。所制備的海膽形納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺在傳感器、電容器、防腐和防污等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C25B3/00
【公開號】CN104962945
【申請?zhí)枴緾N201510258303
【發(fā)明人】鄭豪, 馮雪, 程慧君, 陳建芳, 徐長棟
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年5月20日