有机电化学合成 聚苯胺

常见导电聚合物导论导电聚合物是一类具有导电性能的高分子材料，具有优异的导电性、机械性能和化学稳定性。

常见导电聚合物广泛应用于电子、能源、传感器等领域。

本文将介绍几种常见的导电聚合物及其应用。

聚苯胺（Polyaniline）聚苯胺是一种有机导电聚合物，具有优异的导电性能和化学稳定性。

它可以通过化学氧化或电化学氧化反应合成。

聚苯胺的导电性主要来自于其共轭结构，其中苯环通过π电子共享形成导电通道。

聚苯胺在导电性能、电化学活性、光学性能等方面具有独特的优势，因此被广泛应用于电池、超级电容器、传感器等领域。

聚苯胺的合成方法1.化学氧化法：将苯胺单体与氧化剂反应，如过氧化氢、过硫酸铵等，生成聚苯胺。

2.电化学氧化法：将苯胺单体溶解在电解质溶液中，通过电化学氧化反应生成聚苯胺。

聚苯胺的应用1.电池：聚苯胺可以用作电池的电极材料，提高电池的导电性和储能性能。

2.传感器：聚苯胺可以用作气体传感器、湿度传感器等的敏感材料，具有高灵敏度和快速响应的特点。

3.超级电容器：聚苯胺可以用作超级电容器的电极材料，具有高能量密度和快速充放电的特点。

聚噻吩（Polythiophene）聚噻吩是一种常见的有机导电聚合物，具有良好的导电性和光电性能。

聚噻吩的导电性来源于其共轭结构，其中噻吩环通过π电子共享形成导电通道。

聚噻吩具有较高的载流子迁移率和较低的能带间隙，因此被广泛应用于有机光电器件、场效应晶体管等领域。

聚噻吩的合成方法1.化学氧化法：将噻吩单体与氧化剂反应，如过氧化氢、过硫酸铵等，生成聚噻吩。

2.电化学氧化法：将噻吩单体溶解在电解质溶液中，通过电化学氧化反应生成聚噻吩。

聚噻吩的应用1.有机光电器件：聚噻吩可以用作有机太阳能电池、有机发光二极管等器件的光电活性层，提高器件的光电转换效率。

2.场效应晶体管：聚噻吩可以用作场效应晶体管的有机半导体层，实现电荷输运和场效应调控。

聚乙炔（Polyacetylene）聚乙炔是一种具有高导电性的聚合物，是导电聚合物研究的先驱。

聚苯胺导电态1. 引言聚苯胺是一种重要的有机导电材料，具有良好的导电性能和化学稳定性。

在导电态下，聚苯胺可以应用于多个领域，如电子器件、能源存储和生物传感等。

本文将详细介绍聚苯胺导电态的性质、制备方法以及应用领域。

2. 聚苯胺导电态的性质聚苯胺导电态具有以下主要性质：2.1 导电性能聚苯胺导电态具有良好的导电性能，可以实现电流的传导。

其导电性能与聚苯胺的掺杂程度有关，掺杂程度越高，导电性能越好。

聚苯胺导电态的导电机制主要包括载流子的离域和离子的迁移。

2.2 化学稳定性聚苯胺导电态具有较好的化学稳定性，可以在一定的环境条件下保持其导电性能。

然而，在一些特殊的环境下，如强酸、强碱和氧化剂等存在时，聚苯胺导电态可能会发生降解或失去导电性。

2.3 光学性质聚苯胺导电态具有一定的光学性质，可以吸收和发射光线。

其吸收光谱主要集中在紫外-可见光区域，而发射光谱主要位于可见光区域。

这些光学性质使得聚苯胺导电态在光电子器件中具有广泛的应用前景。

3. 聚苯胺导电态的制备方法聚苯胺导电态可以通过多种方法制备，下面介绍其中几种常用的制备方法：3.1 化学氧化聚合法化学氧化聚合法是制备聚苯胺导电态最常用的方法之一。

该方法使用氧化剂（如过氧化氢、过硫酸铵等）将苯胺单体氧化为聚苯胺导电态。

在反应过程中，氧化剂将苯胺分子氧化并形成氧化物，同时释放出质子，使聚苯胺形成导电态。

3.2 电化学聚合法电化学聚合法是利用电化学方法在电极表面直接聚合聚苯胺导电态的方法。

该方法通过在电极表面施加电压，使苯胺单体在电极表面发生氧化聚合反应，形成聚苯胺导电态。

电化学聚合法具有反应速度快、控制性好等优点，适用于制备薄膜状的聚苯胺导电态。

3.3 其他制备方法除了上述两种常用的制备方法外，还有一些其他的制备方法，如化学还原法、溶液浸渍法和激光光解法等。

这些方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的制备方法。

4. 聚苯胺导电态的应用领域聚苯胺导电态在多个领域具有广泛的应用，下面介绍其中几个主要的应用领域：4.1 电子器件聚苯胺导电态可以用作电子器件中的导电材料，如导电薄膜、导电纤维和导电墨水等。

聚苯胺的合成及表征（省市师学院550018）摘要：本实验采用氧化聚合法，以苯胺为单体，过硫酸铵为氧化剂，探究投料比、酸种类、温度对合成聚苯胺的影响，及本征态聚苯胺的溶解性影响因素。

用傅里叶红外光谱仪对聚苯胺参杂前后的结构变化进行了测试，讨论了不同条件对聚合物的影响。

同时探究不同条件下合成的聚苯胺的溶解性。

关键词：聚苯胺合成表征溶解性前言：聚苯胺( PANI) 具有多样结构，独特的掺杂机，良好的稳定性和原料价廉易得等优点，一直是高分子领域的研究热点，在诸多领域都有良好的应用前景目前应用最为广泛的合成聚苯胺的方法是MacDiarm id 等提出的水溶液化学氧化聚合法。

该法简便易行, 适合大批量工业生产, 但通过该法制备所得聚苯胺的分子链含有大量缺陷，产物电导率较低，因此对苯胺化学氧化法合成条件对产率的影响进行了探究。

1. 实验部分1.1 实验试剂及仪器苯胺（An）(分析纯，AR天津博迪化工股份)、过硫酸铵(APS)(分析纯，AR 天津市科密欧化学试剂)、盐酸（HCl，优级纯）、硫酸（H2SO4）、高氯酸（HClO4）、磷酸（H3PO4）、氨水（NH3·H2O）、四氢呋喃（分析纯AR，天津博迪化工股份）、N,N-二甲基甲酰胺（分析纯AR，光华科技股份）、二甲基亚砜（分析纯AR，光华科技股份）、恒温玻璃搅拌器、85-2恒温磁力搅拌器(金坛市城东新瑞仪器厂)、傅里叶TENSOR-27型红外光谱仪（KBr压片）1.2 聚苯胺的合成1.2.1 聚苯胺的性质溶解性——聚苯胺由于其链刚性和链间强相互作用，使它的可溶性极差，在大部分常用的有机溶剂中几乎不溶，仅部分溶于N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮，这就给表征带来一定的困难，并且极限制了聚苯胺的应用。

通过结构修饰（衍生物、接枝、共聚）、掺杂诱导、聚合、复合和制备胶体颗粒等方法获得可溶性或水溶性的导电聚苯胺。

如在聚苯胺分子链上引入磺酸基团可得到水溶性导电高分子。

聚苯胺的制备实验报告姓名：吉武良院系：化院20系学号：PB13206270摘要:本实验利用化学氧化聚合法制备聚苯胺，旨在了解一种新型的功能聚合物---导电聚合物，探讨电子导电聚合物的结构与机理，并掌握聚苯胺的合成方法。

关键词:导电聚合物聚苯胺Abstract:In this experiment, the chemical oxidative polymerization preparing polyaniline, aimed at understanding a novel functional polymer --- conductive polymer , to investigate the structure and mechanism of the electronically conductive polymer and grasp the polyaniline synthesis method .Keywords:Polyaniline Conducting polymer一、引言导电聚合物（conducting polymer）：又称导电高分子，是指通过掺杂等手段，能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物。

通常指本征导电聚合物（intrinsic conducting polymer），这一类聚合物主链上含有交替的单键和双键，从而形成了大的共轭π体系。

π电子的流动产生了导电的可能性。

1977年A. J. Heeger、A. G. MacDiarmid 和白川英树(H. Shirakawa) 发现，聚乙炔薄膜经电子受体(I，AsF5等) 掺杂后电导率增加了9个数量级，(他们为此共同获得2000年度诺贝尔化学奖) 。

这一发现打破了有机聚合物都是绝缘体的传统观念，开创了导电聚合物的研究领域，诱发了世界范围内导电聚合物的研究热潮。

大量的研究表明，各种共轭聚合物经掺杂后都能变为具有不同导电性能的导电聚合物，具有代表性的共轭聚合物有聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚对苯撑乙烯、聚对苯等。

精细化工生产技术摘要：近年来聚苯胺因其优良的性能而备受关注，其合成方法和复合材料的性能一直是聚苯胺研究的重要内容。

本文主要介绍聚苯胺的合成方法以及对聚苯胺的掺杂机理研究现状进行综述关键词：聚苯胺，合成，掺杂机理一．聚苯胺的结构聚苯胺早在1834年即被Runge[1]发现，并在本世纪被Willstatter[2]]称为“苯胺黑”。

对于聚苯胺的结构，科学家们提出过许多模型，现已公认的是1987年MacDiarmid[9]提出的：即结构式中含有“苯-苯”连续的还原单元和含有“苯-醌”交替的氧化单元，如下图所示：本征态聚苯胺结构为：其中x表示聚合度，y值表征PANI的氧化还原程度，其值可在0～1之间变化，不同的y值对应于不同的结构、颜色和电导率，详见表1-22、聚苯胺的用途2．1 聚苯胺在金属防腐方面的应用金属腐蚀给国民经济带来了巨大的损失，由腐蚀引起的破坏事例遍及所有使用金属的场合。

据统计，每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的1/3，造成的损失非常巨大[3]。

1985年，DeBerry[4]发现，在酸性介质中用电化学法合成的聚苯胺膜能使不锈钢表面活性钝化而防腐，这一特点引起了人们的关注，从此人们在腐蚀防护领域开始了导电高分子膜的应用研究。

其防腐机理为：聚苯胺使金属和聚苯胺膜界面处形成一层金属氧化膜，该金属的电极电位处于钝化区，从而得到保护。

聚苯胺的氧化还原电位比铁高，当两者相互接触时，在水和氧的参与下发生氧化还原反应，在界面处形成一层致密的金属氧化膜。

2. 2 聚苯胺在二次电池方面的应用由于聚苯胺具有良好可逆的电化学氧化还原性能，因而适宜做电极材料，制造可以反复充放电的二次电池。

Kitani[5]发现用电化学合成的聚苯胺制成的蓄电池在1.0～1.7V之间以1mA/cm2进行充放电时，充放电效率可达100%，充电容量为40Ah/kg，可循环2000次以上。

以化学合成的聚苯胺为正极组成全固态锂电池在2.5～4.0V之间的充放电效率可达95%，循环次数可超过200次。

聚苯胺聚苯胺是一种高分子合成材料,俗称导电塑料。

它是一类特种功能材料，具有塑料的密度，又具有金属的导电性和塑料的可加工性，还具备金属和塑料所欠缺的化学和电化学性能，在国防工业上可用作隐身材料、防腐材料，民用上可用作金属防腐蚀材料、抗静电材料、电子化学品等。

广阔的应用前景和市场前景使其成为目前世界各国争相研究、开发的热门材料。

性能特点组成：聚苯胺纳米粒子，水。

用途：防腐蚀，防静电，用于船泊，电子，化工，纺织等领域。

外观颜色：深绿色乳液。

导电率：10.6—100（s/cm）粒径：平均粒径20nm含量：10%-20%。

气味：无味分解温度：在空气中超过120度贮存：密封可贮存两年。

化学反应活性：有较高的氧化还原性。

应用聚苯胺具有优良的环境稳定性。

可用于制备传感器、电池、电容器等。

聚苯胺由苯胺单体在酸性水溶液中经化学氧化或电化学氧化得到，常用的氧化剂为过硫酸铵（APS）。

中性条件下聚合的聚苯胺常含有枝化结构。

绿色聚苯胺由苯胺单体在酸性水溶液中经化学氧化或电化学氧化得到，具有良好的导电性能，具有优良的环境稳定性。

可用于制备传感器、电池、电容器等。

聚苯胺通过“氧化还原掺杂”处理，掺杂后的聚苯胺导电率提高10个数量级以上，并改善了其在溶剂中的溶解性和加工性能。

另外，通过特殊方法处理得到的水溶性好的聚苯胺，可以在水性体系里面使用。

聚苯胺可以作为电磁波屏蔽材料，耐腐蚀材料，同时可以吸收微波，还可以用来作为检测空气中氮氧化物的含量的材料以及H2S，SO2等有害气体的含量。

聚苯胺的应用及市场简介如下：聚苯胺是一种高分子合成材料,俗称导电塑料。

它是一类特种功能材料，具有塑料的密度，又具有金属的导电性和塑料的可加工性，还具备金属和塑料所欠缺的化学和电化学性能，在国防工业上可用作隐身材料、防腐材料，民用上可用作金属防腐蚀材料、抗静电材料、电子化学品等。

性能特点组成：聚苯胺及有机质子酸用途：防腐蚀，防静电，用于船泊，电子，化工，纺织等领域。

聚苯胺的合成与表征摘要：聚苯胺在不同的酸的环境中合成，优化聚苯胺的合成条件。

用过硫酸铵作氧化剂，改变不同的投料比.酸类.温度等，合成聚苯胺产品。

计算聚苯胺的合成产率。

用合成的聚苯胺做红外光谱检测结构，并比对氧化态与本征态的聚苯胺的谱图。

关键词：聚苯胺投料比酸度红外光谱1.绪论：聚苯胺（PANI)是一种得到广泛应用的导电聚合物，例如用作太阳能电池材料［1，2］超级电容器电极材料［3］催化剂载体［4］电化学传感器［5］防腐蚀材料［6］等．聚苯胺的制备方法有很多种，不同的合成条件下可以得到不同微观形貌的聚苯胺，例如万梅香等人［7］研究了聚苯胺纤维的合成，通过改变氧化剂可以很好地控制聚苯胺纤维的径;AYADMohamadM等人［8］研究了软模板法制备聚苯胺纳米管; 王学智等人［9］采用界面聚合方法制备了聚苯胺纳米棒．2.实验部分2.1仪器与试剂：苯胺（AR 天津博迪化工股份有限公司），使用之前用蒸馏出来再用；过硫酸铵（AR 天津市科密欧化学试剂有限公司）；盐酸（AR 北京化工）;硫酸（AR 北京化工）；高氯酸（AR 北京化工）；磷酸（AR 天津市富宇精细化工有限公司）；乙腈（AR 天津市科密欧化学试剂有限公司)；二甲基亚砜(AR 广东光华科技股份有限公司);乙醇.乙酸.甲苯.四氢呋喃等溶剂均是分析纯。

85-Z恒温磁力搅拌器（重庆银河实验仪器有限公司）；HC21006恒温槽（重庆银河实验仪器有限公司）；磁力加热搅拌器（郑州长城科工）；蒸馏装置；使用水均是一次蒸馏水。

2.2聚苯胺的合成：）n原理——------→（将苯胺蒸馏出来备用；配制不同1mol/l的无机酸150ml, 加入0.05mol蒸馏的苯胺，在不同浓度的氧化剂硫酸铵，在恒温水不同的温度下。

搅拌24小时，过滤时用100ml 乙酸先冲洗，再用蒸馏水冲洗至PH=6，干燥，称量。

氧化合成参杂态的聚苯胺，计算产率。

取2克的参杂态聚苯胺加入稀氨水100ml搅拌1小时脱氢离子制得本征态的聚苯胺。

聚苯胺聚苯胺结构[1]1910年Green等基于对苯胺基本氧化产物的元素分析和定量的氧化还原反应,提出了直接合成的苯胺八偶体的碱式结构为Emeraldine形式和苯胺的五种结构形式,分别命名为Leucoeeral-dine base(LEB),Emeraldine base(EB),Penigranilinebase(PNB),Protoemeraldine,Nigraniline。

现已公认的聚苯胺的结构式是1987年由MacDiarmid提出的:即结构式中含有“苯-苯”连续的还原形式和含有“苯-醌”交替的氧化形式,其中y值表征PAN的氧化还原程度,不同的结构,组分和颜色及导电率。

当y=1是完全还原的全苯式结构,对应着“Leucoemeraldine”;y=0是“苯-醌”交替结构,对应着“Prenigraniline”,均为绝缘体。

而y=0.5为苯醌比为3∶1的半氧化和还原结构,对应着“Emeral-dine”,即本征态。

聚苯胺导电率可以通过掺杂率和氧化程度控制,氧化程度通过合成条件来控制。

当氧化程度一定时,导电率与掺杂态密切相关,随掺杂率的提高,导电率不断增大,最后可达10S/cm左右。

聚苯胺的制备由于绝大多数的共轭导电高分子是不溶不熔的,人们进行了多方面的研究以改善和克服这一致命缺陷,主要是两方面:一是合成可溶性导电聚合物,即通过控制大分子芳环或杂环的取代基,嵌段共聚及选用兼具溶剂功能的掺杂剂体系来获得可溶性。

另一方面是复合改性,即采用现场复合技术和共混方法。

现已报道有化学氧化聚合、缩合聚合和电化学聚合三种途径来获得聚苯胺,化学氧化聚合最具有工业化前景,它是在酸性条件下用氧化剂使苯胺单体氧化聚合。

具体方法有水体系沉淀聚合、乳液聚合、溶液聚合、本体聚合、模板聚合和界面聚合等。

反应体系中的酸性环境一般由质子酸提供。

常用无机酸为HCl、H2SO4、高氯酸和氟硼酸等,有机酸有对甲苯磺酸、草酸、十二烷基苯磺酸等。