聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用進(jìn)展

張日紅，王繼庫(kù)

(吉林師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 環(huán)境友好材料制備與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 四平 136000)

聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用進(jìn)展

張日紅，王繼庫(kù)*

(吉林師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 環(huán)境友好材料制備與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 四平 136000)

聚苯胺是導(dǎo)電高分子化合物的一種，因其具有特殊的導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性、原料易得和制備工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，近年來聚苯胺及其與金屬氧化物復(fù)合材料的制備成為研究熱點(diǎn)，特別是在超級(jí)電容器電極材料方面的應(yīng)用，展現(xiàn)了良好的發(fā)展前景。本文綜述了聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的合成方法，并且對(duì)聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀做了系統(tǒng)的概述。

聚苯胺；金屬氧化物；化學(xué)性能；應(yīng)用

早在1862年Letheby.H就開始完整的研究聚苯胺[1]，研究人員對(duì)聚苯胺的研究大體經(jīng)歷了四個(gè)階段[2]。第一階段：在1831年Runge發(fā)現(xiàn)了聚苯胺，上世紀(jì)初的時(shí)候Green認(rèn)為聚苯胺的基本氧化物是一種“苯胺黑”[3]， Willstatter則認(rèn)為聚苯胺的基本氧化物是五種結(jié)構(gòu)使得中間產(chǎn)物，并加以命名。第二階段:上世紀(jì)六十年代，Jozefrowicz了解到了其具有氧化還原性質(zhì)子交換等性質(zhì)，并且制備了相應(yīng)的半導(dǎo)體材料，但最終研究結(jié)果被擱置了。第三階段:經(jīng)過科研人員不懈的研究和改進(jìn)，最終發(fā)現(xiàn)通過化學(xué)摻雜的發(fā)放能使其獲得導(dǎo)電性，并且MacDiannid[5]等研究人員提高了聚苯胺的導(dǎo)電率，至此高分子材料的導(dǎo)電引起了人們的極大關(guān)注。隨著研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)聚苯胺是導(dǎo)電高分子材料中不可或缺的原料之一，在生活和工業(yè)領(lǐng)域也有很多應(yīng)用，但由于聚苯胺本身難溶性、極性剛性差的原因[6]，因此改善和提高聚苯胺的加工性能和本身的穩(wěn)定性和功能性的問題成為了現(xiàn)在亟待解決的問題。

1 聚苯胺和金屬氧化物復(fù)合材料的制備

1.1 吸附聚合法

張[7]等人采用吸附聚合的方法制備二氧化錳聚苯胺復(fù)合材料，通過表征后發(fā)現(xiàn)復(fù)合后形貌沒發(fā)生本質(zhì)的改變，仍然呈現(xiàn)棒狀結(jié)構(gòu)，但在催化有機(jī)染料方面得到較好的表現(xiàn)。這是因?yàn)榕c聚苯胺相結(jié)合，聚苯胺可起到載體作用，既可以防止納米粒子的團(tuán)聚，又可以改進(jìn)材料的催化性能，進(jìn)而獲得同時(shí)具有聚苯胺的性能和納米材料的獨(dú)特功能的新型復(fù)合材料[8]。

1.2 固相法

龔建等[9]以雜多酸SiW12為摻雜劑，過硫酸銨為氧化劑，采用固相法成功制備了不同比例的聚苯胺氧化鋅納米粒子復(fù)合材料，隨著反應(yīng)中納米氧化鋅粒子用量的減小，超聲分散的效果越好，因而生成的聚苯胺形態(tài)趨于粒度較小，分散好。

1.3 化學(xué)氧化法

宋恩鵬等[10]通過化學(xué)氧化法合成聚苯胺/四氧化三鐵的復(fù)合材料，通過與四氧化三鐵以及二氧化鎳等磁性物質(zhì)復(fù)合后，吸波性能有明顯的改善，損耗最大可以達(dá)到19Db,由于鐵磁性物質(zhì)的加入是的磁損耗加強(qiáng)。研究對(duì)廢水的吸附特性得出在五攝氏度、鹽酸濃度為1mol/L、吸附時(shí)間為四小時(shí)，該條件下對(duì)染料廢水的兒去除率達(dá)到82.71%。

1.4 表面引發(fā)聚合法

谷紅波等人使用表面引發(fā)聚合方法制備了四氧化三鐵/聚苯胺納米復(fù)合材料、二氧化硅/聚苯胺納米復(fù)合材料。含有四氧化三鐵鐵磁性材料的聚苯胺納米復(fù)合材料中的巨磁阻性能要相對(duì)高于非磁性的聚苯胺納米復(fù)合材料中的巨磁阻性能。

2 聚苯胺金屬氧化物復(fù)合材料的應(yīng)用

2.1 微波吸收材料

隨著電子科技的發(fā)展,輻射問題隨之走向人們的視野。傳統(tǒng)的無機(jī)材料因其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)所以在微波吸收領(lǐng)域有所限制[8]，因此人們把目光轉(zhuǎn)向了導(dǎo)電聚合材料。金屬材料的加入對(duì)復(fù)合材料的磁導(dǎo)率也有很大影響，能在一定程度上提高材料的吸波性能，反射損耗最低達(dá)到-24.61并且-10dB處吸收頻寬由2.72GHz提高到4.08GHz，從而得到性能優(yōu)良的微波吸收材料。

宋恩鵬[9]等人采用水浴研磨的方法使鹽酸摻雜的聚苯胺和四氧化三鐵復(fù)合，鹽酸摻雜的聚苯胺材料在高頻處吸收比較明顯，在低頻處基本沒有吸收。而經(jīng)過和四氧化三鐵復(fù)合，對(duì)微波的吸收性能發(fā)生了改變，在低頻率處也有一定的吸收并且穿越了聚苯胺的高頻吸收帶，高頻處拓展到16.8GHz，由于摻雜聚苯胺是接電損耗機(jī)制，并且四氧化三鐵具有吸磁性，使之進(jìn)一步增加了對(duì)微波吸收的磁損耗。

2.2 生物傳感器

V.Mini，Kamath Archana[10]等人制備了聚苯胺/殼聚糖/氧化鈷三元復(fù)合材料，經(jīng)過紅外光譜，X射線衍射，掃描電鏡，透色電子顯微鏡，熱重分析等分析了三元復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能及其物理化學(xué)性質(zhì)，證明聚苯胺/殼聚糖/氧化鈷三元復(fù)合材料是以化學(xué)方式結(jié)合在一起的。通過掃面電鏡可以明顯的觀察到復(fù)合材料形態(tài)的改變，在鄰苯二甲酸酯的矩陣中四氧化三鈷配體的電荷轉(zhuǎn)移限制了復(fù)合材料的能帶間隙從而決定了晶格結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)也為復(fù)合材料提供了特性，其性能的增強(qiáng)可以使材料應(yīng)用于光電子催化生物醫(yī)藥和生物傳感器及能源儲(chǔ)存領(lǐng)域。

2.3 防腐蝕性涂層

劉洋[11]等人利用涂覆法使聚苯胺涂料分散長(zhǎng)在氧化鋅納米棒的中間的碳鋼機(jī)體上，從而獲得致密且均勻的聚苯胺氧化鋅復(fù)合膜。納米氧化鋅棒能和聚苯胺涂層很好的鑲嵌交聯(lián)在一起，此方法在提高了膜層與金屬機(jī)體的結(jié)合力的同時(shí)使膜層的腐蝕性有效增加。聚苯胺中加入二氧化錳微粒是材料的耐腐蝕性顯著提高，二氧化錳含量為5%的復(fù)合材料的耐腐蝕性最優(yōu)。主要是因?yàn)槎趸i光催化水分解成活性氧，促使聚苯胺和底層的金屬接觸面生成鈍化膜，提高了電荷轉(zhuǎn)移抗阻和離子遷移阻力。

2.4 光催化性能

張俊龍[12]等人制備了二氧化錳和聚苯胺復(fù)合材料，對(duì)羅丹明B大分子和次甲基藍(lán)大分子有很好的降解作用。二氧化錳不僅具有存儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，而且具有對(duì)環(huán)境污染小的特點(diǎn)，所以它是一種常用的催化材料。研究表明，猛氧化物對(duì)腐殖酸、染料等污染物有較強(qiáng)的氧化作用及一定的催化降解和吸附能力，對(duì)溶液中陽離子有機(jī)染料有較好的消除作用。

趙世博[13]等人研究了聚苯胺(PANi)/TiO2-SiO2復(fù)合催化劑對(duì)甲醛的吸附和協(xié)同光催化作用結(jié)果表明復(fù)合聚苯胺的存在使吸光范圍拓展到可見光區(qū),提高了對(duì)甲醛的吸附。涂敷3層TiO2-SiO2、吸附濃度0.26g/L的PANi溶液所得復(fù)合催化劑紫外光催化效果最好,與沒有聚苯胺的催化劑相比,使甲醛去除率提高2倍。

3 總結(jié)與展望

本文簡(jiǎn)要總結(jié)了聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的制備及其在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。雖然在制備聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料上的探索已經(jīng)取得重要的研究成果， 但是該領(lǐng)域的發(fā)展仍處于初級(jí)階段， 還有許多相關(guān)問題待攻破。例如大規(guī)?？煽刂苽渚郾桨返姆椒?，聚苯胺表面上其他功能性納米材料形態(tài)和尺寸的控制，聚苯胺功能化的控制對(duì)其電化學(xué)性能及穩(wěn)定性的影響， 防止聚苯胺與其他分子復(fù)雜的相互作用而導(dǎo)致團(tuán)聚，聚苯胺與待測(cè)物分子間的相互作用及電子傳輸?shù)挠绊憴C(jī)制等。這些聚苯胺材料的相關(guān)研究將大大促進(jìn)其在電化學(xué)傳感領(lǐng)域的發(fā)展。以聚苯胺為基礎(chǔ)的材料有望成為高效太陽能電池，鋰離子電池，激光器，高度靈敏傳感器等的核心材料，具有很好的發(fā)展前景，值得進(jìn)一步研究。

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(本文文獻(xiàn)格式：張日紅，王繼庫(kù).聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用進(jìn)展[J].山東化工，2017，46(14)：57-58.)

2017-05-08

張日紅(1992—)，女，碩士研究生，研究方向：新型功能材料。

TB332

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1008-021X(2017)14-0057-02