界面聚合法制备聚吡咯薄膜及其增长机理研究

发布时间：2017-09-05 12:06

  本文关键词：界面聚合法制备聚吡咯薄膜及其增长机理研究

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【摘要】：导电聚合物聚吡咯具有成本低、环境友好、容量高和安全性高等优点,广泛应用于超级电容器电极材料、电磁屏蔽和金属防腐等技术领域。目前关于聚吡咯聚合方法的研究很多,但是聚吡咯增长机理的研究却较少。因此探索聚吡咯薄膜的增长机理并寻求恰当的聚合条件与方法是很有必要的。本文采用界面聚合法制备聚吡咯薄膜,在0℃条件下,引入相转移催化剂(PTC),通过对聚吡咯各项性能的表征,研究界面聚合聚吡咯薄膜水、油两相增长机理,解释水相典型形态珊瑚状聚吡咯的增长机理,并针对聚吡咯在油相的增长过程,提出基于缺陷尺寸控制下的成核增长方式。同时,添加二元非离子型表面活性剂,改变浓度和配比调节相界面表面活性,研究其对聚吡咯形貌及性能影响。研究表明:吡咯单体在水相中成核并增长成为颗粒状聚吡咯之后,由于其密度大于水的密度而小于氯仿,在界面处会发生沉积。继而颗粒在界面发生二次增长,出现颗粒之间“桥接”时,会在“桥接”之后继续进行二次增长,实现颗粒在界面处的“融合”,形成二维网状的聚吡咯颗粒堆积,并最终成长为完整的聚吡咯薄膜。近油相一侧,当不添加PTC时,得到的聚吡咯薄膜比较光滑。随着PTC引入并不断增加其浓度,聚吡咯薄膜出现清晰的“凸起”结构,进而演变为泡状结构。当PTC通过两相界面的“微通道”时,夹带氧化剂Fe3+吹入油相形成微泡,继而诱发吡咯单体以微泡为软模板,进行聚合;随着PTC用量增大,囊泡不断地被吹大,导致破裂,囊泡结构变得不完整,膜表面形成多层结构。二元非离子型表面活性剂复配,在电化学性能方面加和增效作用并不突出,但显著改变了聚吡咯微观形貌。在亲水亲油平衡值(HLB)值较低时,聚吡咯颗粒相互缠结交织在一起,形成孔洞型三维网状结构;随着HLB值的增加,聚吡咯颗粒变得更加均匀和蓬松,直到形成后来的类“水藻”结构。电化学测试发现,当复配表面活性剂添加量为1.23g/L Span-80和0.77g/L OP-10,体系HLB值为8.0时,可以获得具有最佳比电容值(112.57F/g)的聚吡咯膜,其微观形貌规整,孔径较小呈孔洞型三维网状结构;添加1.12g/L Span-80和1.88g/L Tween-80,HLB值为11.0时,则可以制备颗粒之间相互连接紧密,相互缠结,呈水藻结构,比电容值为100.72F/g的聚吡咯膜。
【关键词】：聚吡咯 界面聚合法 相转移催化剂 增长机理 比电容
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ316.33;TB383.2
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 导电聚合物概况8-10
• 1.1.1 导电聚合物定义与分类8
• 1.1.2 导电聚合物应用现状与研究方向8-10
• 1.2 导电聚吡咯概述10-13
• 1.2.1 聚吡咯结构与导电机理10-11
• 1.2.2 聚吡咯合成方法11-13
• 1.3 界面聚合13-15
• 1.3.1 界面聚合原理13-14
• 1.3.2 界面聚合影响因素14-15
• 1.4 表面活性剂15-17
• 1.4.1 表面活性剂的选择15-16
• 1.4.2 表面活性剂的复配16-17
• 1.5 聚吡咯增长机理17-18
• 1.5.1 聚吡咯增长机理研究现状17-18
• 1.5.2 表面活性剂辅助下聚吡咯增长机理研究18
• 1.6 课题研究意义及内容18-20
• 1.6.1 课题研究意义18-19
• 1.6.2 课题研究内容19-20
• 2 聚吡咯薄膜增长机理的研究20-37
• 2.1 实验药品与仪器20-21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 吡咯预处理21
• 2.2.2 溶液配置21-22
• 2.2.3 实验反应装置22
• 2.2.4 电极的制备过程22-23
• 2.3 表征方法和性能测试23-24
• 2.3.1 光谱分析23
• 2.3.2 表面形貌观察23
• 2.3.3 热重分析23
• 2.3.4 电化学性能测试23-24
• 2.4 实验结果与分析24-36
• 2.4.1 红外光谱分析24-25
• 2.4.2 紫外光谱分析25-27
• 2.4.3 微观形貌分析27-33
• 2.4.4 热稳定分析33-34
• 2.4.5 电化学分析34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3 二元非离子表面活性剂复配体系对界面聚合聚吡咯的影响37-51
• 3.1 实验药品与仪器37
• 3.2 实验部分37-40
• 3.2.1 实验配方38-40
• 3.2.2 实验操作40
• 3.3 实验结果与分析40-49
• 3.3.1 红外光谱图分析40-41
• 3.3.2 微观形貌分析41-45
• 3.3.3 比电容分析45-49
• 3.3.4 阻抗分析49
• 3.4 本章小结49-51
• 4 结论51-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-58
• 附录58

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本文编号：797859