掺杂导电聚吡咯的制备方法.pdf

掺杂导电聚吡咯的制备方法，其步骤为：(1)将氨基磺酸和吡咯单体以及水混合，氨基磺酸与吡咯单体的摩尔比为：0.3～11∶1；(2)在搅拌状态下，氮气保护下，将氧化剂加入到上述溶液中，在10～40℃的温度下进行反应，时间持续10分钟～6小时，氧化剂与吡咯单体的摩尔比为：0.5～1.2∶1；(3)将上述反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；(4)将滤饼在40℃温度下进行真空干燥，粉碎后得聚吡咯黑色导电粉末。

1.  掺杂导电聚吡咯的制备方法，其步骤为：
(1)将氨基磺酸和吡咯单体以及水混合，氨基磺酸与吡咯单体的摩尔比为：0.3～11∶1；
(2)在搅拌状态下，氮气保护下，将氧化剂加入到上述溶液中，在10～40℃的温度下进行反应，时间持续10分钟～6小时，氧化剂与吡咯单体的摩尔比为：0.5～1.2∶1；
(3)将上述反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；
(4)将滤饼在40℃温度下进行真空干燥，粉碎后得聚吡咯黑色导电粉末。

2.  根据权利要求1所述的掺杂导电聚吡咯的制备方法，其特征在于：使用的氧化剂为三氯化铁，或者过硫酸铵，或者过硫酸钾。

掺杂导电聚吡咯的制备方法
技术领域
本发明涉及导电材料的制备方法，其特点是，采用氨基磺酸为掺杂剂的聚吡咯导电材料的制备方法。
背景技术
导电聚合物是20世纪70年代发展起来的一个新的研究领域，在化学电源的电极材料、修饰电极和酶电极、电色显示等方面有着广阔的应用前景，其中具有共轭双键的导电高分子聚吡咯由于合成方便、抗氧化性能好，与其他导电高分子相比，因具有电导率较高、易成膜、柔软、无毒等优点而日益受到人们关注。
吡咯单体在氧化剂的存在下能比较迅速地氧化聚合成聚吡咯，但纯聚吡咯即不经过掺杂时其导电性较差，只有经过合适掺杂剂掺杂后才能表现出较好的导电性。
目前，合成导电聚吡咯的主要方法有两种：电化学聚合法和化学氧化聚合法。中国专利ZL2006100302410.X，报道了导电聚吡咯纳米空心球的制备方法，该方法通过超声分散，在100℃～180℃下反应得到导电聚吡咯与二氧化硅纳米球的复合粒子，但是该方法的工艺实施条件要求较高。中国专利ZL03157118.2，报道了导电聚吡咯纳米线的制备方法，该方法的目的是提供一种表面活性剂辅助化学氧化合成法制备导电聚吡咯纳米线的方法。该方法的实施工艺简单，但是对温度的要求较高，-20℃～30℃；并且反应时间很长，最长需要48小时。
发明内容
本发明的目的是提供一种掺杂导电聚吡咯的制备方法。本发明是掺杂导电聚吡咯的制备方法，其步骤为：
(1)将氨基磺酸和吡咯单体以及水混合，氨基磺酸与吡咯单体的摩尔比为：0.3～11∶1；
(2)在搅拌状态下，氮气保护下，将氧化剂加入到上述溶液中，在10～40℃的温度下进行反应，时间持续10分钟～6小时，氧化剂与吡咯单体的摩尔比为：0.5～1.2∶1；
(3)将上述反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；
(4)将滤饼在40℃温度下进行真空干燥，粉碎后得聚吡咯黑色导电粉末。
将得到的导电聚吡咯材料压成圆形薄片，用四探针电阻率测试仪测量薄片的电阻率，通过电阻率和电导率的倒数关系，得到导电聚吡咯材料的电导率。
本发明的有益之处在于：合成工艺简单，合成时间较短；合成所用的原料及合成产品均无毒无害；合成的导电聚吡咯材料导电性较高，可用于传感器、生物医学、电子器件领域。
附图说明
图1为实施例6样品的扫描电镜图，图2为实施例6样品的红外吸收光谱图，图3为实施例6样品的X射线衍射分析图。
具体实施方法
实施例1
将含0.011 mol三氯化铁的水溶液，在搅拌状态下，加入到事先混合好的含0.098mol氨基磺酸和0.014mol吡咯单体的水溶液中，在氮气保护下，在25℃时，进行搅拌，反应持续6小时，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得聚吡咯黑色导电粉末，压片测电导率为2.4 S·cm^-1。
实施例2
将含0.011mol三氯化铁的水溶液，在搅拌状态下，加入到事先混合好的含0.13mol氨基磺酸和0.014mol吡咯单体的水溶液中，在氮气保护下，在25℃时，进行搅拌，反应持续6小时，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得聚吡咯黑色导电粉末，压片测电导率为3.4 S·cm^-1。
实施例3
将含0.011mol三氯化铁的水溶液，在搅拌状态下，加入到事先混合好的含0.15mol氨基磺酸和0.014mol吡咯单体的水溶液中，在氮气保护下，在25℃时，进行搅拌，反应持续30分钟，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得聚吡咯黑色导电粉末，压片测电导率为0.3S·cm^-1。
实施例4
将含0.011mol过硫酸铵的水溶液，在搅拌状态下，加入到事先混合好的含0.13mol氨基磺酸和0.014mol吡咯单体的水溶液中，在氮气保护下，在25℃时，进行搅拌，反应持续6小时，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得聚吡咯黑色导电粉末，压片测电导率为0.4S·cm^-1。
实施例5
将含0.014mol三氯化铁的水溶液，在搅拌状态下，加入到事先混合好的含0.0042mol氨基磺酸和0.014mol吡咯单体的水溶液中，在氮气保护下，在25℃时，进行搅拌，反应持续6小时，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得聚吡咯黑色导电粉末，压片测电导率为1.7S·cm^-1。
实施例6
将含0.014mol三氯化铁的水溶液，在搅拌状态下，加入到事先混合好的含0.0070mol氨基磺酸和0.014mol吡咯单体的水溶液中，在氮气保护下，在25℃时，进行搅拌，反应持续6小时，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得聚吡咯黑色导电粉末，压片测电导率为8.3S·cm^-1。
如图1所示，化学氧化聚合法制备得到的聚吡咯呈球形，颗粒细致均匀，许多尺寸较大的颗粒由直径较小的纳米颗粒团聚在一起形成，使得聚吡咯有较大的表面积和较多的空隙，聚吡咯的电导率与其颗粒大小、形态以及团聚的紧密程度密不可分。如图2所示，3440.4cm^-1处的宽吸收峰是由N-H的伸缩振动引起的；1533.2cm^-1处的吸收峰归属于Py环的特征振动峰；在1448.3 cm^-1、1 292.1cm^-1、1157.1cm^-1和779.1cm^-1处的吸收峰分别为吡咯环C-C伸缩振动、聚吡咯骨架C-N伸缩振动、质子化过程引起的C-H平面内伸缩振动和C-H面外弯曲振动吸收峰；在1643.1cm^-1、1033.7cm^-1和1157.1cm^-1处的吸收峰则是磺酸基的特征吸收峰；889.0cm^-1处的吸收峰是掺杂态聚吡咯的特征吸收峰。如图3所示，所得聚吡咯为非晶态结构.它们的X射线衍射谱在2θ为16.8°和22.5°出现两个衍射峰，这与掺杂剂离子氨基磺酸产生的短程有序和聚吡咯链间的层状有序结构有关。
实施例7
将含0.014mol三氯化铁的水溶液，在搅拌状态下，加入到事先混合好的含0.0098mol氨基磺酸和0.014mol吡咯单体的水溶液中，在氮气保护下，在25℃时，进行搅拌，反应持续1小时，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得聚吡咯黑色导电粉末，压片测电导率为0.6 S·cm^-1。
实施例8
将含0.014mol过硫酸钾的水溶液，在搅拌状态下，加入到事先混合好的含0.0070mol氨基磺酸和0.014mol吡咯单体的水溶液中，在氮气保护下，在25℃时，进行搅拌，反应持续6小时，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得聚吡咯黑色导电粉末，压片测电导率为0.7S·cm^-1。