聚吡咯

聚吡咯的结构、合成方法、特征、应用及发展趋势π共轭高分子材料在导电、发光、光伏和非线性光学材料等领域有着广阔的应用前景,是目前高分子学科研究的前沿课题。目前人们已经成功制备了聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚芴和聚苯乙炔等π共轭高分子材料,并对一些聚合物的导电性、超导性、电致变色、光致变色、光致发光、光伏特性和非线性光学等性能做出了大量的研究。聚吡咯及其衍生物作为一种重要的功能高分子材料,在气敏元件、生物传感器和非线性光学等领域受到了国内外学者的青睐。本文主要介绍其中的一种：聚吡咯。聚吡咯的结构聚吡咯的英文名为polypyrrole，结构如下图所示。聚吡咯的合成聚吡咯的电解合成方法。将吡咯单体溶解于布朗斯特酸型离子液体中，置于电解槽中进行电解合成；其中所述电解槽中包含有工作电极、辅助电极和参比电极，所述的工作电极选自于不锈钢电极或铂电极或镍电极或玻碳电极，所述的辅助电极选自于大面积铂片电极或石墨电极，所述的参比电极选自于Ag/AgCl电极或饱和甘汞电极或大面积铂片电极或标准氢电极。所述的电解合成方法简单，制备成本较低，可在常温常压下进行，离子液体可以重复使用。若以此聚吡咯取代目前常用的贵金属催化剂，将明显降低甲醇等直接燃料电池生产成本和酚类废水的降解成本，具有很好的应用开发前景。聚吡咯的化学氧化法合成。化学氧化法是在一定的反应介质中加入特定的氧化剂，使得单体在反应中直接生成聚合物并同时完成掺杂过程，与电化学的掺杂不同，因为其中加入了两种物质，并且这些物质进入了聚合物的主链，对聚合物的电化学性质产生了非常重要的影响。常用的氧化剂有(4)220，el3，202，2r207，103等。介电常选用水、乙醚、乙腈、酸溶液等。研究表明表面活性剂的加入可提高聚吡咯的导电性，还可增加聚吡咯的产量。制备过程中，除表面活性剂的加入之外，单体的浓度、氧化剂的性质、氧化剂与单体浓度的比例、聚合温度、聚合气氛、掺杂剂的性质以及掺杂程度等因素都会影响导电聚合物的物理和化学性质。聚吡咯的特征导电聚吡咯的离子交换特性电、极电位特性和稳定性研究了PPy膜中对阴离子与溶液阴离子的交换特性，发现当PPy膜中对阴离子为C或3NO或4CO时，会发生与溶液阴离子C或3NO的自发可逆交换，并且离子交换后PPy的电子结构和电导率基本不变。通过测量可见一近红外吸收光谱和电导测量等手段考察了PPy在水溶液中的稳定性，发现氧化掺杂态PPy在酸性溶液中稳定；在中性和碱性溶液中，PPy链中的质子酸掺杂结构将发生去质子化而脱掺杂；在碱性溶液中，掺杂对阴离子发生与溶液OH离子的交换，使电导率降低约四个数量级。发现还原后的中性PPy很不稳定，会自发地氧化到被掺杂态。通过对PPy在水溶液中的氧化还原电位和水溶液中存在的氧化还原对标准氧化还原电位进行比较，根据电化学原理解释了PPy的这些稳定性特征。发展趋势5研究现状发展趋势：导电材料出现以后,人们开发了一系列的具有优异性能的导电聚合物,对这类物质的导电行为有了进一步的了解。近年来,科研工作者又在高强度导电高分子、可加工导电高分子领域开展大量研究工作,并取得了很大的进展。今后导电高分子的发展趋势为:（1）合成具有高导电率及在空气中长期稳定的导电聚合物,其中特别值得重视的是可加工的非电荷转移(单组分)结构型导电聚合物的研究。（2）有机聚合物超导体的研究。（3）对有机材料电子性能的研究,另一重要目标是开发出具有无机材料不可代替的新一代功能材料。导电聚合物的研究使人们对有机固体的电子过程了解更加深入。今后,人们将在此基础上向有机导电材料的各个领域开展新的研究,为在本世纪末或下世纪初实现更高密度的信息处理材料,更高效率的能量转换和传递材料而努力。