[发明专利]CO2存在下电化学制备导电性高分子薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电性高分子薄膜的制备方法，特别是一种CO₂存在下电化学制备导电性高分子薄膜的方法。

背景技术

薄膜材料是支持现代高新技术不断发展的重要材料之一，导电性高分子薄膜(聚吡咯等)在燃料电池，生物传感器等高科技高附加值产品方面有着广阔的应用前景，已经被广泛地应用在微电子器件、微驱动器/微执行器、微型传感器中。目前，高分子导电膜主要是在水溶液或者有机溶剂中通过电化学合成方法来制备，总的来说，存在一些问题，例如：(1)电解过程中产生的氢气使得合成膜表面产生针孔等缺陷，需要加大膜的厚度来降低缺陷率，使得薄膜化程度受到限制；(2)有机溶剂的高粘度使得体系中的物质移动速度变慢，均匀致密的薄膜的获得变得困难，而薄膜的均匀致密性与其导电性能成正比关系；(3)大量有毒挥发性有机溶剂的使用产生严重的环境污染。因此，稳定，无缺陷，均匀致密的聚吡咯薄膜的制备以及生产过程的无害化已成为重要的研究课题。

随着人们环保意识的加强，在导电性高分子膜的制备过程中应该不使用或尽量少使用有机溶剂。CO₂具有低毒性，环境友好及价廉易得的优点。研究表明：超临界或近临界CO₂具有与氢气的良好互容性，传质速度快等特性，因此可以有效的去除氢气，改善膜的生长速度，有利于致密均匀薄膜的形成，而且，单体溶液与CO₂可以循环利用，减少环境污染。

发明内容

本发明提供一种CO₂存在下电化学制备导电性高分子薄膜的方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种CO₂存在下电化学制备导电性高分子薄膜的方法，以含有导电性高分子单体的导电性溶液和CO₂的共存体系为电解液，其特征在于该方法的具体步骤为：

(1)电解液的配制：首先去除含有浓度为0.01M-0.4M的导电性高分子单体的导电性溶液中的溶解氧，再导入CO₂，获得含有导电性高分子单体的导电性溶液和CO₂的体积比为5∶95～95∶5的两相共存体系或均匀共存体系；

(2).连接电化学工作站，采用循环伏安法或恒电位法，在工作电极上得到导电性高分子薄膜；

所述的导电性溶液为下述三种中的一种：

a.导电性离子液体，所述的离子液体为三氟甲基磺酸咪唑盐、六氟硼酸咪唑盐、四氟硼酸咪唑盐、1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐或二(三氟甲基磺酰)1-乙基-2-甲基咪唑。

b.含有电解盐的有机溶剂，所述的有机溶剂为：乙腈、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷、三氯甲烷、碳酸丙烯酯、1，2-丙二醇碳酸酯中的一种或两种；所述的电解盐为：四乙基六氟磷酸胺、四丁基六氟磷酸胺、四乙基三氟硼酸胺、四丁基三氟硼酸胺、四丁基氟硼酸盐、高氯酸、高氯酸盐、硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、醋酸、醋酸盐、氟硼酸、氟硼酸盐、季胺盐、对甲基苯磺酸盐中的一种或两种，其浓度为0.01-0.5M；

c.含有表面活性的电解质水溶液，所述的表面活性剂为具有CO₂亲和性部分的非离子型表面活性剂，相对于电解质水溶液，表面活性剂的质量百分比浓度为：0.001wt％-0.1wt％；所述的电解质水溶液为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、醋酸、醋酸盐、氟硼酸、氟硼酸盐、季胺盐、对甲基苯磺酸中的一种或两种，其浓度为0.01-0.5M；

上述的导电性高分子单体为：吡咯，噻吩，3-甲基噻吩、苯胺、邻苯二胺、卟啉或金属卟啉。

上述金属卟啉为：四苯基铜卟啉、四苯基铁卟啉、5，15-二(3，5二叔基苯)卟啉铜或铁卟啉。

上述CO₂为超临界CO₂、近临界CO₂或液体CO₂。

上述导入CO₂，获得含有导电性高分子单体的导电性溶液和CO₂的体积比为5∶95～95∶5的两相共存体系或均匀共存体系是在压力为2-30MPa，温度为10-100℃的条件下形成的。

上述循环伏安法的工作条件为：以Pt电极为参比电极，不锈钢电极为辅助电极，氧化铟透明电极、白金电极、金电极、玻碳电极或不锈钢电极为工作电极，扫描范围-0.6～1.4V，在50-500mV/s的速度下扫描10-50圈。