[发明专利]一种导电聚吡咯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电聚合物的制备方法，特别是涉及一种具有独特微纳米结构的导电聚吡咯膜的制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术

导电聚合物又称导电高分子，是指通过掺杂等手段，电导率在半导体和导体范围内的聚合物。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。常见的导电聚合物有：聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚乙炔等。导电聚合物不仅具有较高的电导率，而且具有光导电性质、非线性光学性质和磁性能等，不仅具有重要的科学研究价值，而且具有极大的应用前景。

聚吡咯(PPy)膜导电性好，具有独特的掺杂特性和高的电荷密度成为导电高分子材料中最具发展潜力的品种之一。目前，聚吡咯的制备方法主要有化学聚合和电化学聚合两种。直接电化学方法聚合产物纯度高，导电性好，但受电极面积的限制，难以大规模生产。专利(专利公开号CN02121492.1)公开了一种聚吡咯纳米线的制备方法，该方法即为在金属或碳基电极上，采用恒电流方法得到的具有一定长径比的纳米聚吡咯线。专利CN200610048960.0也公开了一种直接在石墨电极或铂电极上制备聚吡咯膜的方法。但这些方法得到的聚吡咯纳米线或膜受电极面积的限制，难以真正工业生产；化学聚合法具有产量大，制备简单的特点，但产物纯度不高，且分离复杂，为此常常采用制备复合材料，用于电磁屏蔽导电等用途。如：CN200910021887.1公开了一种纳米石墨/四氧化三铁/聚吡咯复合磁性材料的制备方法，该方法将纳米石墨和四氧化三铁纳米颗粒分散在含有吡咯单体、掺杂剂、氧化剂的溶液中，直接将吡咯聚合在纳米颗粒表面，增强了纳米颗粒的导电性和热稳定性。

如果能将化学聚合工艺产量大和电化学聚合工艺产物可控、纯度高的特点结合起来，则高导电聚吡咯的大规模生产将成为可能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种效率高、环境友好的导电聚吡咯的电化学制备方法。

此聚合方法是通过以下技术方案实现的：

将吡咯(PY)单体溶于有机溶剂中，将支持电解质溶于水中，分别配成溶液，将两种溶液分步移入反应器，形成液液界面，并将工作电极直接插到此液液界面，辅助电极和参比电极放于溶有支持电解质的溶液中，利用电化学手段进行电化学聚合。

传统的电化学聚合反应是在均相体系中进行，对聚合装置没有特殊的要求，而本发明所述的界面聚合方法涉及到两个不混溶的相，因此其聚合装置需特别设计。

当溶有支持电解质的溶液“sol1”的密度小于吡咯溶液“sol2”时，采用单口槽装置，如附图1所示。反之，当溶有支持电解质的溶液“sol1”的密度大于溶有吡咯溶液“sol2”时，采用三口槽装置，如附图2所示，由参比槽(A)，工作槽(B)，辅助槽(C)组成，参比槽(A)和工作槽(B)通过一鲁金弯管(D)导通并指向油水界面，辅助槽(C)通过一直径较粗的弯管(E)与工作槽(B)导通。聚合时如此设计的聚合装置可以保证参比电极和辅助电极不会被单体污染。

本发明的界面聚合法要求工作电极插放在液液界面处，和两种溶液都接触，辅助电极和参比电极都放于溶有支持电解质的溶液中。聚合反应开始于工作电极和两不互溶相的液/固/液三相交界处，产物为以工作电极为中心的棕黑色膜。聚合产物不溶于任何一相，并沿着液液界面铺展生长，已生成的导电聚合物在后期反应中起到电子集流体的作用，即已生成的聚合物又充当了工作电极，这从根本上克服了传统的电化学反应中受工作电极面积限制的障碍，有实现大规模生产的潜力。

所述的工作电极可以是丝状、棒状、片状，也可以是由多根捆绑在一起的束状等。工作电极和辅助电极之间有电场存在，并且此电场强度和分布会随两电极的大小、形状和放置位置而不同，因此可以通过调控两电极的大小、形状和放置位置来调控导电聚合物在液液界面这个二维平面不同方向的生长速度，制备出不同形状的导电聚合物薄膜。

关于本发明方法两相溶剂的选择，最根本的准则是两相不互溶或者相互溶解性很低，且其中一相对单体有强的溶解能力，而另一相对支持电解质有强的溶解能力；其次从环境安全的角度考虑，尽量选择低毒性的无污染的溶剂体系，可以是卤代烃/水或长链烷烃/水形成的液液界面，即溶解单体的有机溶剂可以是二氯甲烷、三氯甲烷、1，2-二氯乙烷、环己烷、辛烷、正十六烷等。

所述单体PY溶液的浓度为0.01-1mol/L。

所述支持电解质水溶液浓度为0.1-2mol/L。