ZnO@PEDOT复合纳米线的制备

发布时间：2018-12-12 11:05

【摘要】：导电聚合物拥有良好的光电性能和可加工性,广泛应用于传感器、光电等领域。其中聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)良好的导电性、稳定光热性能使其应用范围更加广泛。本课题的目的是制备ZnO@PEDOT复合纳米线,探究不同条件对生成产物的影响。本文的研究分为两部分,一是制备ZnO纳米线,并对其进行表面处理制备大分子引发剂,接枝聚苯乙烯磺酸钠(PSStNa)。二是将接枝后产物和3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)掺杂,制备ZnO@PEDOT复合纳米线。对于ZnO纳米线的制备,本文中采用在常温下,以(NH4)2S2O8(APS)、 NaOH和Zn粉为原料,制备出长度范围在100～150 nm之间,直径为10～30nm的纳米线。应用两种方法在ZnO纳米线表面接枝聚合PSS：(1)使用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)处理ZnO纳米线,APS引发的传统自由基聚合反应,通过链转移作用接枝PSStNa; (2)使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH540)处理,利用表面引发的原子转移自由基聚合(SI-ATRP)的方法接枝SStNa。通过X光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)以及在去离子水中分散稳定性的测试表明,(2)方法比方法(1)更有利于制备ZnO-PSS,确定了当ZnO:SStNa=15:19,在CH3OH:H2O=1:3的溶液中反应1.5 h,为最佳反应条件。PEDOT具有难溶的特点,使用在水中分散性较好的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)作为掺杂剂,改善其在水中的分散性。本文应用ZnO-PSS掺杂EDOT,使用上述(2)合成的ZnO-PSS,分别考察了以APS、FeCl3、K2S2O8、 Fe(OST)3·6H2O、Fe(OST)3·6H2O和APS混合物作为氧化剂与EDOT进行聚合。为此,对实验过程中反应介质的酸碱性进行了跟踪,观察到随着EDOT聚合反应的进行,介质的酸性增强,导致ZnO溶解。针对这一问题,提出了两种解决方案：(1)以Tris的缓冲溶液(pH=8.5)作为反应介质,在弱碱性条件下以APS为氧化剂,进行EDOT的聚合；(2)在ZnO纳米线表面用硅烷偶联剂二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(KH170)合成一层耐酸的保护层,在其表面接枝PSS,然后进行EDOT的聚合。实验结果显示,在Tris的缓冲溶液中,ZnO-PSS与EDOT聚合后能保持形貌不被破坏,但使EDOT在弱碱性溶液中的聚合速率降低,ZnO纳米线表面PEDOT的沉积量小。故采用在ZnO纳米线表面先沉积一层硅烷保护层,然后再接枝PSS的方案。在EDOT聚合过程中,ZnO纳米线的形貌没有发生改变,通过SEM结果证实在ZnO纳米线表面沉积了PEDOT层,成功的合成了ZnO@PEDOT纳米线,所制备的ZnO@PEDOT纳米线电导率在10-2～10-3S·cm-1之间。
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【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TB383.1

【参考文献】