本文公開了一種在基底上形成導(dǎo)電性聚合物沉積物的方法（10）。所述方法（10）可以包括以下步驟：制備包含導(dǎo)電性聚合物單體和亞硝酰基前體的組合物（11），將所述基底與所述組合物接觸從而在基底的外表面上形成亞硝酰離子（12），然后使單體聚合為導(dǎo)電性聚合物（13），其中所述聚合由亞硝酰離子引發(fā)并且所述導(dǎo)電性聚合物沉積于基底的外表面上。所述導(dǎo)電性聚合物可以為聚吡咯。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本文公開了ー種使用原位生成的亞硝酰離子作為氧化劑形成導(dǎo)電性聚合物的方法。亞硝酰離子為通過電化學(xué)或化學(xué)地生成。本文還公開了所得的聚合物以及由此生成的聚合物-無機復(fù)合材料在各個領(lǐng)域(例如能量轉(zhuǎn)換/存儲、涂層、傳感器、藥物遞送和催化)中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
導(dǎo)電性聚合物結(jié)合了有機聚合物的期望特征和半導(dǎo)體的電學(xué)特性，是用于能量轉(zhuǎn)換/存儲、光電子、涂層和傳感技術(shù)的有吸引力的材料。一般來講，導(dǎo)電性聚合物的聚合由單體經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)氧化為自由基來引發(fā)，隨后進行自由基偶合以及鏈增長。化學(xué)氧化包括使用氧化劑(如FeCl3),而電化學(xué)氧化通常通過在浸入?yún)g體溶液的導(dǎo)電基底上施加陽極偏壓(使工作電極上發(fā)生氧化反應(yīng)的偏壓)(陽極電聚合)來實現(xiàn)。電化學(xué)引發(fā)的聚合通常用于制備膜型或電極型導(dǎo)電性聚合物，這是因為其將聚合定位于工作電極，并且便于控制膜的厚度和形態(tài)。在進ー步的發(fā)展中，已將導(dǎo)電性聚合物用作一種基質(zhì)嵌入或分散金屬顆粒(例如Cu、Au、Ag、Ni、Ru、Ir、Pt、Co、Pd、Fe)以形成用于各種電化學(xué)應(yīng)用(例如傳感器和電催化劑)的導(dǎo)電性聚合物-金屬復(fù)合電扱。通常，這些復(fù)合電極通過兩步電沉積方法來制備電聚合(陽極沉積)，隨后進行金屬沉積(陰極沉積)。該兩步法不僅使制備繁瑣和昂貴，還限制了由此生成的金屬-聚合物復(fù)合物的類型和質(zhì)量。然而，因為陽極電聚合和陰極金屬沉積需要在工作電極上分別使用顯著不同并且經(jīng)常不相容的電勢范圍進行氧化和還原反應(yīng)，制備金屬-導(dǎo)電性聚合物復(fù)合膜的一步法仍有待開發(fā)。當(dāng)將導(dǎo)電性聚合物與高表面積介孔ニ氧化硅材料結(jié)合時，可制備另ー類重要的導(dǎo)電性聚合物基復(fù)合材料。介孔ニ氧化硅材料由于其均勻的介孔特性以及高表面積已被用于各種應(yīng)用(催化、傳感、藥物遞送、吸附和分離)。當(dāng)導(dǎo)電性聚合物層沉積在介孔壁上時，可將ニ氧化硅的物理化學(xué)特性以及表面性質(zhì)(例如親水性和表面電荷)改性，使得可將寬范圍的分子/物質(zhì)吸附和/或固定在介孔壁上，從而顯著拓寬該介孔材料的應(yīng)用。此外，導(dǎo)電性聚合物涂層可以將絕緣的介孔ニ氧化硅材料轉(zhuǎn)化為可用于傳感器和電催化的半導(dǎo)電復(fù)合物。為了獲得保持均勻的和可通過的介孔的ニ氧化硅-聚合物復(fù)合物，應(yīng)當(dāng)將薄聚合物涂層以均勻且不阻塞介孔入口的方式引入至介孔壁上。當(dāng)在一個反應(yīng)室中將単體及引發(fā)劑(例如氧化劑)與介孔ニ氧化硅顆粒混合時，聚合主要在本體溶液中或在ニ氧化硅顆粒表面上發(fā)生，這是因為單體或引發(fā)劑較不易于擴散到孔中。這種情況阻塞孔入口并阻礙了高質(zhì)量復(fù)合介孔顆粒的形成，和/或在溶液中產(chǎn)生了不期望的純聚合物顆粒和復(fù)合顆粒的混合物。為了在介孔中實現(xiàn)期望的聚合，已開發(fā)出幾種方法，所述方法通常需要兩步步驟。具體地，首先將單體吸附在ニ氧化硅介孔內(nèi)，然后轉(zhuǎn)移至不同的室以與引發(fā)劑混合。因為在溶液相中単體和引發(fā)劑之間的相互作用受到限制，可以顯著地抑制不期望的本體聚合。同樣，盡管這種兩步方法使制備繁瑣且昂貴，導(dǎo)電性聚合物在介孔ニ氧化硅壁上的一歩形成和沉積仍有待開發(fā)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為滿足前述需求，本文公開了ー種在基底上形成導(dǎo)電性聚合物沉積物的方法。所述方法可以包括以下步驟制備包含導(dǎo)電性聚合物単體和亞硝酰基前體的組合物，將基底與該組合物接觸以在基底的外表面上形成亞硝酰離子，然后使單體聚合為導(dǎo)電性聚合物，其中所述聚合由亞硝酰離子引發(fā)并且所述導(dǎo)電性聚合物沉積于基底的 外表面上。所述導(dǎo)電性聚合物可以為聚吡咯。在一個實施方案中，亞硝酰離子可以通過電化學(xué)生成。為此，基底可以為工作電極并且所述方法可以進一歩包括提供與組合物接觸的輔助電極和任選的參比電極，以及在エ作電極和輔助電極之間施加電位偏壓。為了電化學(xué)地生成亞硝酰離子，所述組合物可以包含作為亞硝酰基前體的硝酸鹽(例如硝酸鈉)，并且所述組合物的PH值可以小于約7。在該實施方案的改進中，所述組合物可以進一歩包含金屬鹽(例如氯化錫)，并且該方法可以進一歩包括在基底上形成和沉積金屬顆粒以及導(dǎo)電性聚合物的步驟。在一些實例中，可以將金屬顆粒均勻地涂覆于導(dǎo)電性聚合物的外表面上。在本專利技術(shù)的另ー個實施方案中，可以在基底的表面上化學(xué)生成亞硝酰離子。為此，基底可以具有給質(zhì)子表面(例如具有表面輕基的基底)。例如，基底可以為介孔~■氧化娃或鋁硅酸(aluminosiIica)。所述組合物可以包括作為亞硝酰基前體的亞硝酸鹽，例如亞硝酸鈉。導(dǎo)電性聚合物可以在基底的表面上形成基本上連續(xù)的涂層以使該基底導(dǎo)電。此外，該基底的介孔結(jié)構(gòu)在導(dǎo)電性聚合物在基底上形成和沉積之后可以基本上保持不變。所公開的方法和基底-導(dǎo)電性聚合物復(fù)合物的其它優(yōu)點和特性將在下面更詳細地描述。在各處還應(yīng)注意的是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無須過度實驗即可將本專利技術(shù)公開的復(fù)合物或方法適當(dāng)?shù)馗倪M從而用于各種各樣的應(yīng)用。附圖說明為了更完整地理解所公開的復(fù)合物和方法，應(yīng)當(dāng)參考附圖中更詳細說明的實施方案，其中圖I為根據(jù)本專利技術(shù)的在基底上形成導(dǎo)電性聚合物沉積物的方法的框圖；圖2為使用陰極偏壓在通過本專利技術(shù)公開的方法的第一個實施方案獲得的基底上沉積的聚吡咯的SEM圖像；圖3為使用陽極偏壓在通過現(xiàn)有技術(shù)的方法獲得的基底上沉積的聚吡咯的SEM圖像；圖4為圖2所示的聚吡咯顆粒的放大SEM圖像；圖5為在通過本專利技術(shù)公開的方法的第一個實施方案獲得的陰極基底上共沉積的聚吡咯顆粒和錫的SEM圖像；圖6為圖5所示的聚吡咯-錫顆粒的剖視TEM圖像；圖17為圖5所示的聚吡咯-錫顆粒的BSE圖像；圖8示出了通過本專利技術(shù)公開的方法的第一個實施方案獲得的陰極-聚吡咯-錫復(fù)合物的第一(實線)和第二(虛線)充電-放電曲線；圖9示出了通過本專利技術(shù)公開的方法的第一個實施方案獲得的陰極-聚吡咯-錫復(fù)合物的充電容量(實心點)和庫侖效率(空心點)曲線(形成后在IC倍率下)；圖10示出了通過本專利技術(shù)公開的方法的第一個實施方案獲得的陰極-聚吡咯-錫復(fù)合物在O. 2C恒定倍率下(空心點)和變化倍率下(實心點)的充電容量； 圖11為在包含O. IM吡咯、O. IM NaNO2和O. 2mMこ酸的溶液中聚吡咯聚合的照片實證；圖12為在包含O. IM吡咯、O. IM NaNO2和各種濃度的こ酸的溶液中聚吡咯聚合的照片實證；圖13為在根據(jù)本專利技術(shù)公開的方法的第二個實施方案的介孔ニ氧化硅基底上聚吡咯聚合的照片實證；圖14為當(dāng)FeCl3用作引發(fā)劑時聚吡咯在溶液中聚合的照片實證；圖15示出了介孔ニ氧化硅基底(實心點)和通過本專利技術(shù)公開的方法的第二個實施方案獲得的ニ氧化硅-聚吡咯復(fù)合物(空心點)的氮吸附/脫附等溫線；圖16示出了介孔ニ氧化硅基底(實心點)和通過本專利技術(shù)公開的方法的第二個實施方案獲得的ニ氧化硅-聚吡咯復(fù)合物(空心點)的孔尺寸分布；以及圖17示出了通過本專利技術(shù)公開的方法的第二個實施方案獲得的ニ氧化硅_聚吡咯復(fù)合物的電導(dǎo)率測量。應(yīng)當(dāng)理解附圖未必按照比例繪制，所公開的實施方案有時以圖解和局部視圖來表示。在某些情況下，對于本專利技術(shù)公開的復(fù)合物或方法的理解不是必須的且使得其他細節(jié)難以理解的細節(jié)可能被省略。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解的是本專利技術(shù)公開的內(nèi)容不限于本文示出的具體實施方案。專利技術(shù)詳述本專利技術(shù)主要涉及ー種使用亞硝酰離子(NO+)作為氧化劑形成導(dǎo)電性聚合物的方法。亞硝酰離子可由亞硝酸根離子和質(zhì)子間的反應(yīng)形成。因此，當(dāng)將亞硝酸鹽、質(zhì)子給體和単體在溶液中混合時，溶液中發(fā)生聚合。然而，如本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：崔景信，鄭鏞洲，N·辛格，
申請(專利權(quán))人：珀杜研究基金會，
類型：
國別省市：
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