聚苯胺/无机纳米复合材料的固相反应法合成及其性能研究

本项目选择目前研究较多的聚苯胺为研究对象，采用固相反应法分别制备功能化多壁碳纳米管/聚苯胺、 金属(Pt、Au)纳米颗粒 /聚苯胺、 纳米TiO2 /聚苯胺等二元的复合材料以及纳米TiO2/ 聚苯胺/金属(Pt、Au)纳米颗粒、 功能化多壁碳纳米管/聚苯胺/金属(Pt、Au)纳米颗粒等三元的复合材料。通过Raman、FTIR、EDX、 SEM、TEM、XRD、UV、CV和恒电流充放电等方法对其对复合材料进行表征。研究其结构与性能，探讨反应条件（温度、各反应物间的配比、反应时间、掺杂剂的种类）对固相反应速率、复合物结构、结晶性、电化学行为、导电性、微观形貌及颗粒尺寸等物理化学性质的影响，分析研究固相研磨过程的可控性问题，评价固相反应法在苯胺类导电聚合物复合物制备中的应用前景。研究复合材料结构、组成、性能的关系，为该类复合材料改性研究提供理论和实践基础。

本项目探讨了采用固相反应法合成聚苯胺/多壁碳纳米管，聚苯胺/单壁碳纳米管，苯胺-邻甲氧基苯胺共聚物/多壁碳纳米管，聚苯胺/金属(Pt、Au) 纳米颗粒，聚苯胺/ TiO2，苯胺-邻甲氧基苯胺共聚物/ TiO2等二元复合材料和聚苯胺/多壁碳纳米管/金属(Pt、Au) 纳米颗粒、聚苯胺/ TiO2 /金属(Pt、Au) 纳米颗粒、聚苯胺/石墨烯/ TiO2/ 等三元复合材料。研究了微量水份和ZnO对固相法合成的聚苯胺结构与性能的影响。通过对复合材料的表征，研究其结构与性能，探讨了反应条件对固相反应速率、复合物结构、结晶性、电性质、微观形貌及颗粒尺寸等物理化学性质的影响，分析研究了固相研磨过程的可控性问题。研究发现固相法合成的聚苯胺/多壁碳纳米管和聚苯胺/单壁碳纳米管复合材料的最高比电容可与溶液法媲美，而且共聚物与碳纳米管复合后，其溶解能力较聚苯胺/碳纳米管复合物的高。固相法合成的苯胺与邻甲氧基苯胺共聚物微观形貌具有纤维状增长趋势。对于固相法合成聚苯胺/金属复合材料的研究表明，HAuCl4•4H2O在固相反应过程中能够被还原变成Au 纳米颗粒，而H2PtCl6•6H2O则不能被还原成单质Pt，可能存在[PtCl6]2-, [PtCl5(H2O)]- 或 [PtCl4(H2O)2]等结构。对于固相法合成的聚苯胺/锐钛矿型TiO2和聚苯胺/金红石型TiO2复合材料的研究表明，由于TiO2受光照产生的电子和空穴与H2O结合生成氧化性较强的•O2- 和 HO•自由基，使得复合物中聚合物分子链具有较高的氧化程度。对于固相法合成聚苯胺/金属氧化物(TiO2) /金属(Pt、Au) 纳米颗粒、聚苯胺/功能化多壁碳纳米管/金属(Pt、Au) 纳米颗粒等三元复合材料的研究表明，与聚苯胺/金属纳米二元复合材料类似，聚苯胺/ TiO2/ Au纳米颗粒和聚苯胺/功能化多壁碳纳米管/ Au纳米颗粒复合材料能够通过固相反应法合成，而固相反应法同样不能适用于苯胺/ TiO2/Pt纳米颗粒和聚苯胺/功能化多壁碳纳米管/ Pt纳米颗粒等三元复合材料的合成。对于固相法合成含氮、硫杂环类共轭聚合物/碳纳米管二元复合材料的研究表明，固相法能够适用于吲哚和3,4-乙撑二氧噻吩类单体的固态聚合，能够得到相应聚合物和复合物，而且所得聚合物与复合物具有良好的电化学稳定性。