鎳離子對聚苯胺性能的影響.pdf

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1、22工程塑料應(yīng)用2010年，第38卷，第7期鎳離子對聚苯胺性能的影響吳濤(揚,)l~132業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，揚州225127)摘要使用過硫酸銨為氧化劑，在含有適量六水合氯化鎳的苯胺與鹽酸混合液中合成導(dǎo)電聚苯胺(PANI)。研究了鎳離子(Ni)濃度對PANI電導(dǎo)率和結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，"-3Ni濃度為0．3mol／dm時，PANI的電導(dǎo)率達到最大值，為5．32S／cm。傅立葉變換紅外光譜表明Ni與PANI鏈之間存在相互作用。透射電子顯微鏡顯示隨著Ni濃度的提高，PANI粒子逐漸由棒狀結(jié)構(gòu)向球形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。關(guān)鍵詞聚苯胺鎳離子化學(xué)合成導(dǎo)電聚苯胺(P

2、ANI)較多地被應(yīng)用于鋰二次電池的正極材料，其理論比能量可達500Wh／kg，是鉛酸電池(184Wh／kg)的數(shù)倍，庫倫效率也達到95％，且充放電性能好，抗氧化，目前已被制成充放電循環(huán)次數(shù)達到4000次的二次電池，未來可望用于制備全塑電池。幽1自制四極探針結(jié)構(gòu)易于回收、任意形狀、安全可靠、不受資源限制F-FIR儀：Tensor27型，德國布魯克光譜儀器公的綠色電池是未來的發(fā)展方向。而PANI是綠色電司；池的重要材料，因此研究如何制備具有高電導(dǎo)率、良TG分析儀：SDTQ600型，美國TA儀器公司；好加工性能與物理力學(xué)性能的PANI對于未來綠色

3、TEM：Tecnai12型，荷蘭Philips公司。電池的發(fā)展極為重要。PANI通過與一些金屬陽離1．3試樣制備子的相互作用，能夠形成具有較高電導(dǎo)率及特殊物在100cm含有2mol／dm鹽酸、0．3mol／dm。理性能的聚合物，因而此方法備受人們的關(guān)注。苯胺、0．3mol／dm(NH)：S：O和不同濃度的筆者采用化學(xué)氧化法，以苯胺為單體，過硫酸銨NiC1·6H2O溶液中，于30℃下超聲反應(yīng)5h，得到為氧化劑，在不同鎳離子(Ni)濃度下于酸性介質(zhì)PANI。所得產(chǎn)物減壓抽濾，濾餅用大量0．2mot'中合成PANI。討論了Ni2+濃度對PANI電

4、導(dǎo)率的dm鹽酸洗滌至濾液無色后，再用少量二次蒸餾水影響；并通過傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、熱失重洗滌，然后將產(chǎn)物在65c【=下干燥24h，得到導(dǎo)電(TG)、透射電子顯微鏡(TEM)分析了合成體系中PANI。N濃度對PANI結(jié)構(gòu)與形貌的影響。1．4性能測試1實驗部分在室溫25~C條件下，用四探針法¨測定PANI1．1主要原材料的電導(dǎo)率；苯胺：分析純，使用前經(jīng)減壓蒸餾至無色，上海FTIR測試：試樣經(jīng)KBr壓片，測試范圍500—化學(xué)試劑公司；3500cm。。；過硫酸銨[(NH)SO。]、六水合氯化鎳?yán)肨G分析儀測試PANI的熱性能，氮氣氣氛

5、(NiC1：·6HO)：上?；瘜W(xué)試劑公司；下升溫速率為10~C／min；其它化學(xué)試劑：均為分析純，市售。利用TEM觀察PANI的形貌并拍照。1．2主要設(shè)備、儀器2結(jié)果與討論超聲振蕩清洗器：KQ一100DB型，昆山市超聲2．1室溫電導(dǎo)率儀器有限公司；表1示出Ni2+濃度對PANI室溫電導(dǎo)率的影四極探針：電流用AC15／1型直流復(fù)射式檢流響。計、電壓用DT一830型萬用電表測定，結(jié)構(gòu)如圖1所示，自制；收稿日期：2010—05—28吳濤：鎳離子對聚苯胺性能的影響23表1Ni濃度對PANI室溫電導(dǎo)率的影響100項目Ni。濃度／tool·dm一0O．

6、1O．2O．3O．4O．50．6O．780電導(dǎo)率／2S．144．374．845．323．632．O61．971．95料·cm絮6O皿ⅢI】由表1可以看出，當(dāng)Ni2+濃度小于0．3moL／瞧40dm時，PANI的電導(dǎo)率隨Ni2十濃度的上升而增加，20當(dāng)Nj“濃度為0．3moVdm時，PANI的電導(dǎo)率達到U兒兒，ZUUjUU400，UU6UU／0U溫度／℃最大，為5．32S／cm。這可能是Ni2+使PANI鏈變得a一未加M．b一摻雜較為緊密有序的原因。圖3未加Ni的PANI和摻雜Ni后PANI的TG曲線當(dāng)Ni2十濃度大于0．3moVdm后，PA

7、NI的電導(dǎo)由圖3還可看出，摻雜Ni后PANI的質(zhì)子酸率隨Ni¨濃度的上升逐漸減小。這可能是因為溶失重峰比純PANI要低約10℃，這是由于Ni2+摻雜液中過多的Ni“與PANI鏈上亞胺氮原子的配位作到PAN!鏈上，同時引起鏈上苯環(huán)扭曲程度增大及用使得Ni2+摻雜到PANI鏈上J，導(dǎo)致PANI載流子鏈之間間隙增大，導(dǎo)致質(zhì)子酸HC1的失重溫度降的濃度降低及載流子在PANI鏈上“流動性”減弱，低。同時，兩條曲線的第三失重峰均不明顯。從而使電導(dǎo)率減小。同時，過多的Ni“摻雜到PANI2．4TEM分析鏈上，導(dǎo)致鏈上苯環(huán)的扭曲程度增加，以及鏈與鏈之圖4是

8、不同Njn濃度下PANI的TEM照片。間的間隙增大J，這可能是高濃度Ni2+時PANI的從圖4可以看出，PANI粒子呈現(xiàn)出短棒狀結(jié)構(gòu)。隨電導(dǎo)率比低濃度“時低的另一原因。著Ni2十