微/纳米结构聚苯胺及其复合材料的制备和表征

论文摘要

本文采用自组装法和软模板法制备了微/纳米结构的聚苯胺材料,初步探讨了聚苯胺的形成机理,考察了反应条件对产物结构和性能的影响;采用反相微乳液法制备了Bi2S3/PAn复合材料,讨论了Bi2S3纳米材料的制备条件,并对复合物的结构和性能进行了表征。主要结果如下:1.采用三氟乙酸为掺杂剂,分别以过硫酸铵和三氯化铁为氧化剂,通过液相氧化还原反应,实现了聚苯胺微/纳米结构的自组装。氧化剂种类、三氟乙酸（TFA）与苯胺（An）的摩尔比值（[TFA]/[An]）和溶剂的极性均对聚苯胺的形态结构有影响。在水溶剂中,过硫酸铵作为氧化剂,摩尔比[TFA]/[An]=0.5和0.25时,聚苯胺能形成微/纳米管,结构规整度较高,管外径约200-300nm,内径大约为30-80nm;而当[TFA]/[An]≥1时,聚苯胺产物为颗粒状。聚苯胺微/纳米管为掺杂态,并可以通过调节pH来改变聚苯胺的掺杂程度。XRD结构分析表明聚苯胺微/纳米管为部分结晶性材料,其电导率在10-3S/cm数量级。介电测试结果表明,聚苯胺有较高的介电常数和介电损耗。2.采用橙Ⅱ（AOⅡ）与三氯化铁（FeCl3）形成的复合物（AOⅡ-FeCl3）作为软模板制备了含偶氮功能基团的导电性聚苯胺微/纳米纤维材料。橙Ⅱ的浓度、无机盐的加入、反应温度等均对聚苯胺的形貌有影响。常温下当橙Ⅱ的浓度为6mM、NaCl浓度为1M时得到了结构规整的聚苯胺微/纳米纤维材料,纤维长度为几微米,直径约为100nm,而低温下（05℃）得到的聚苯胺微/纳米纤维直径有所增加（150nm左右）。采用HCl（1M）后处理后得到了空心结构的聚苯胺微/纳米纤维。FTIR和UV-vis结果表明橙Ⅱ已掺杂到聚苯胺的分子链中。XRD结构分析显示聚苯胺微/纳米纤维为部分结晶性材料,且热稳定性较高,聚苯胺电导率在10-1S/cm左右。3.常温下采用反相微乳液法制备了Bi2S3片状纳米材料和Bi2S3/PAn纳米复合材料。Bi2S3片状纳米材料的直径随含水量ω（ω=[H2O]/[表面活性剂]）的增大而增加。Bi2S3属于正方晶系,且结晶性良好,晶格参数为:a=11.14982nm,b=11.38765nm, c=3.94959nm。Bi2S3纳米片状材料和Bi2S3/PAn纳米复合材料的热稳定性能良好,N2气氛下在800℃的热失重率分别为6.4%和45%。与PAn相比,Bi2S3/PAn复合材料具有良好的光催化性能,在35min时对玫瑰红B（RhB）、亚甲基蓝（MB）和甲基橙（MO）的降解效率分别达到了94.1%、90.1%和88.6%。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 聚苯胺
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 聚苯胺结构
• 1.1.3 聚苯胺的特性
• 1.2 聚苯胺微/纳米结构材料
• 1.2.1 聚苯胺微/纳米结构的主要合成方法
• 1.2.1.1 “模板”法
• 1.2.1.2 “无模板”法
• 1.2.1.3 界面聚合法
• 1.2.2 聚苯胺微/纳米结构材料的应用前景
• 1.3 聚苯胺/无机纳米复合材料
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 聚苯胺纳米复合材料的制备方法
• 1.3.3 反相微乳液法
• 1.3.3.1 微乳液的定义
• 1.3.3.2 反相微乳液的组成、微观结构及特征参数
• 1.3.3.3 反相微乳液制备纳米材料简介
• 1.3.4 聚苯胺/无机纳米复合材料的应用前景
• 1.4 论文选题的目的和意义及本课题的研究内容
• 1.4.1 论文选题的目的和意义
• 1.4.2 本课题的研究内容
• 1.4.3 本文创新点
• 第二章 三氟乙酸掺杂聚苯胺纳米管的制备和表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 仪器设备
• 2.2.3 聚苯胺微/纳米结构材料的制备
• 2.2.3.1 实验步骤
• 2.2.3.2 测试表征
• 2.3 聚苯胺形貌表征
• 2.3.1 聚苯胺的SEM 图
• 2.3.1.1 [TFA]/[An]值对聚苯胺形貌的影响
• 2.3.1.2 氧化剂对聚苯胺形貌的影响
• 2.3.1.3 溶剂体系对聚苯胺形貌的影响
• 2.3.2 聚苯胺的TEM 图
• 2.4 聚苯胺的结构和性能表征
• 2.4.1 聚苯胺的红外光谱
• 2.4.2 聚苯胺的紫外-可见光谱
• 2.4.3 聚苯胺的X-射线衍射谱图
• 2.4.4 聚苯胺的溶液电导率
• 2.4.5 聚苯胺的电极电位
• 2.4.6 聚苯胺的介电性能
• 2.5 本章小结
• 第三章 软模板法制备聚苯胺微/纳米纤维材料
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器设备
• 3.2.3 聚苯胺微/纳米结构材料的制备
• 3.2.4 测试表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 形貌与形成机理
• 3.3.1.1 橙Ⅱ浓度对聚苯胺形貌的影响
• 3.3.1.2 无机盐对聚苯胺形貌的影响
• 3.3.1.3 搅拌条件对聚苯胺形貌的影响
• 3.3.1.4 温度对聚苯胺形貌的影响
• 3.3.1.5 聚苯胺纤维的形成机理
• 3.3.2 结构表征
• 3.3.3 性能表征
• 3.3.3.1 热性能
• 3.3.3.2 聚苯胺的电导率与介电性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 反相微乳液法制备硫化铋/聚苯胺纳米复合材料
• 4.1 引言
• 4.2 微乳液体系的相行为研究
• 4.2.1 试剂与实验仪器
• 4.2.1.1 试剂
• 4.2.1.2 仪器设备
• 4.2.2 Triton X-100 微乳体系的相行为研究
• 4.2.2.1 实验方法与步骤
• 4.2.2.2 结果与讨论
• 4.2.2.3 小结
• 2S₃和Bi₂S₃/PAN 纳米复合材料的制备'>4.3 Bi₂S₃和Bi₂S₃/PAN 纳米复合材料的制备
• 2S₃ 纳米材料的制备'>4.3.1 Bi₂S₃纳米材料的制备
• 4.3.2 PAn 纳米材料的制备
• 2S₃/PAn 纳米材料的制备'>4.3.3 Bi₂S₃/PAn 纳米材料的制备
• 4.3.4 测试表征
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 形貌表征
• 4.4.2 结构表征
• 4.4.3 性能表征
• 4.4.3.1 介电性能
• 4.4.3.2 热稳定性
• 4.4.3.3 光催化性能
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 主要工作成绩
• 5.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 硕士期间已发表和待发表的论文
• 致谢