化学实验报告聚苯胺的合成及表征7138.doc

聚苯胺的合成及表征 （贵州省贵阳市贵州师范学院 550018） 前言：( PANI) 具有多样结构，，，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，， 1. 实验部分 1.1 实验试剂及仪器 　　苯胺（An）(分析纯，AR天津博迪化工股份有限公司)、过硫酸铵(APS)(分析纯，AR天津市科密欧化学试剂有限公司)、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，天津博迪化工股份有限公司）、N,N-二甲基甲酰胺（分析纯AR，广东光华科技股份有限公司）、二甲基亚砜（分析纯AR，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，并且极大地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。 导电性——聚苯胺的导电性受pH值和温度影响较大，当pH4时，电导率与pH无关，呈绝缘体性质；当2pH4时，电导率随溶液pH值的降低而迅速增加，其表现为半导体特性；当pH2时，呈金属特性，此时掺杂百分率已超过40%，掺杂产物已具有较好的导电性；此后，pH值再减小时，掺杂百分率及电导率变化幅度不大。研究表明，即使用12.0mol/L的盐酸，掺杂百分率也只有46.7%，即分子链中平均每两个氮原子只有不到一个被质子化。 电致变色性——电致变色是指在外加偏电压感应下，材料的光吸收或光散射特性的变化。这种颜色的变化在外加电场移去后仍能完整地保留。聚苯胺的一个重要特性就是电致变色性，当电位在-0.2~+1.0V之间时，聚苯胺的颜色随电位变化而变化，由亮黄色（-0.2V）变成绿色（+0.5V），再变至暗蓝色（+0.8V），最后变成黑色（+1.0V），呈现完全可逆的电化学活性和电致变色效应。当电位变化范围缩小到-0.15~0.4 V时，其电致变色的循环次数可达1,000,000次以上，响应时间在100 ms以内。 光学性质——聚苯胺分子主链上含有大量的共轭P电子，当受强光照射时，聚苯胺价带中的电子将受激发至导带，出现附加的电子-空穴对，即本征光电导，同时激发带中的杂质能级上的电子或空穴而改变其电导率，具有显著的光电转换效应。而且在不同的光源照射下响应非常复杂且非常迅速。在激光作用下，聚苯胺表现出高非线性光学特性，可用于信息存贮、调频、光开关和光计算机等技术上。 1.2.2　聚苯胺的结构 A．G．MacDiarmid于1984年首先提出了聚苯胺可相互转化的4种形式,并认为无论用化学氧化法还是电化学方法合成的导电聚苯胺均对应于理想模型的2S(式(1)) 王佛松等人通过分析聚苯胺的IR和喇曼光谱,确认了醌环的存在并证明了苯、醌环的比例为3B1(式(2)) 同时, A1G1MacDiarmid等人修正之前的模型,将聚苯胺的结构概括为： 其中:y表示聚苯胺的氧化程度。当y=1时,对应于还原态聚苯胺(leucoemeraldine, LE);当y=0时,对应于氧化态聚苯胺(pernigraniline,PB);当y=015时,对应于本征态聚苯胺(eme-raldine, EB)。显然,y=015时苯、醌环的比例为3B1,与式(2)相同。目前,这一理论已被广泛认可。 1.2.3　聚苯胺的合成 　　配制1mol/L的盐酸150ml放入的恒温玻璃搅拌器中,加入9.3g苯胺，将该烧瓶置入可控温水浴中。在搅拌条件下,将氧化剂过硫酸铵(APS)的稀盐酸溶液慢慢滴加至该反应体系中。反应液由透明无色慢慢变为蓝色,继而颜色加深至蓝黑色。反应12小时的时间后,对反应产物进行过滤,用稀盐酸洗涤滤饼2次,再用蒸馏水洗至滤液pH=7,再用无水乙醇洗涤2次,干燥，称量，得到翠绿色的盐酸掺杂态聚苯胺。取一部分加稀氨水搅拌1小时脱去H+得到本征态聚苯胺。 　　用苯胺与氧化剂（过硫酸氨）的投料比分别为1:1，1:1.2，1:1.4，1:1.6，的试剂来配制聚苯胺。然后将配好的各种溶液用电磁搅拌至明日，过滤（冲洗PH=6），干燥称量合成的聚苯胺的质量，计算产率。取1克聚苯胺加100ml稀氨水搅拌1个小时，脱氢离子得到聚苯胺的本征态。 1.2.5　探究不同酸种类对合成产率的影响 　　分别向四份加入一定质量的苯胺与过硫酸氨的烧杯中分别加入浓度都为1mol/l的盐酸