[发明专利]具有形貌遗传的纳米聚苯胺材料及其电化学制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电高分子材料技术，特别是一种具有形貌遗传的纳米聚苯胺材料的电化学制备方法。 

背景技术

聚苯胺等导电高分子由于具有优异的电性能和电化学性能，特别还具有化学性质稳定和环境友好等优势，是一类备受关注的导电高分子材料，它在超级电容器、化学电源、抗静电、电致变色、电磁屏蔽和生物与化学传感器等方面具有广阔的应用前景。 

最近几年，随着纳米科学和技术在各领域的深入发展，纳米结构的导电高分子如聚苯胺已经引起了研究者的极大兴趣。它具有本体导电聚苯胺的化学物理特性；又具有纳米材料的独特结构，在传感器、光电子器件、分子电路、分子记忆设备、修饰电极、先进复合材料、能源乃至生命科学和药物控制释放等诸多领域具有很好的应用前景。 

尽管纳米结构PANI具有很大的比表面积和较好的气敏性，但是至今它并没有在化学传感器上得到实际应用，对它的研究还只处在基础研究阶段。 

目前，纳米结构导电聚苯胺的合成有模板法和无模板法(如界面聚合、自组装、电纺等)。模板法虽然是国内外常用和有效的合成纳米结构有机导电高分子的主要方法，但是，这些方法存在制备步骤复杂，成本高，或模板除去困难等不足；在修饰电极和传感器应用方面，这些方法制得的聚合物在电极表面的沉积步骤比较复杂，并且膜厚度和形貌的控制有一定的难度，导致工业化批量生产难以实现。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种简易、价廉的合成形貌可控且具有形貌遗传特性的纳米聚苯胺导电材料及其电化学方法，即该方法采用任意一种电化学方法，控制测试参数，在工作电极上合成一种酸掺杂的纳米聚苯胺，接着将该纳米聚苯胺修饰电极浸在另一种酸溶液中，通过循环伏安扫描的电化学方法进行掺杂离子的掺杂和脱掺杂过程，即可得到另一种酸掺杂的聚苯胺材料，且形貌维持不变。 

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有形貌遗传能力的纳米聚苯胺材料，通过以下电化学方法制备而得：第一步，将苯胺和掺杂酸I加到水中，搅拌形成均匀透明的苯胺的掺杂酸I溶液； 

第二步，电化学合成：在三电极体系内，将苯胺的掺杂酸I溶液加到电解池中，在工作电极上进行电化学方法合成制备得到掺杂酸I掺杂的纳米结构的聚苯胺材料，电化学合成完毕，大量的水冲洗，去除表面附着的反应物，得到掺杂酸I掺杂的聚苯胺修饰电极； 

第三步，将上述修饰电极作为工作电极，放在盛有掺杂酸II的水溶液中，采用循环伏安法电解至循环伏安图形稳定，最后反应停止在+0.3V，相对于饱和甘汞电极； 

第四步，冲洗上述电极，即得形貌与第二步所得掺杂酸I掺杂的聚苯胺纳米结构一样的掺杂酸II掺杂的聚苯胺材料。 

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)通过电化学方法制备出的第一种酸掺杂的聚苯胺可以具备任意纳米结构的形貌，随后通过更换不同的酸溶液，借助循环伏安扫描过程的掺杂和脱掺杂，实现第二种酸根离子掺杂到聚苯胺骨架替代第一种酸根离子，这种方法得到的聚苯胺材料仅仅在掺杂离子的化学成分上存在差异，而并不会改变聚苯胺的微观形貌，这种真正意义上的“形貌遗传”对于该材料在众多领域中的应用有着重要价值，如不仅可以为纳米结构的导电PANI膜在传感器领域的应用做出新的贡献，还可以制得用于化学和生物电化学分析的纳米结构的PANI修饰电极。(2)掺杂酸I掺杂聚苯胺的制备方法可以是任何一种电化学方法，通过控制电化学参数即可得到形貌各异的掺杂酸I掺杂聚苯胺。(3)只要更换不同的掺杂酸II，无需单体苯胺的存在，即可制备一系列形貌一致的不同酸掺杂的聚苯胺材料，操作过程简便、成本低。(4)真正实现了形貌可控。(5)与化学合成方法相比，电化学合成方法具有产物纯、产物膜的厚度可控、环境友好等特点。(6)应用本发明制备的聚苯胺可在超级电容电极材料、传感器、环境、生命科学等领域有着较好的应用前景和经济效益。 

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 

附图说明

图1是本发明具有形貌遗传能力的纳米聚苯胺材料电化学制备方法的流程示意图。 

图2是所得的掺杂酸I、掺杂酸II掺杂聚苯胺纳米材料扫描电镜图(实施例2中所得樟脑磺酸掺杂的聚苯胺和盐酸交换后得到的盐酸掺杂的聚苯胺纳米纤维)。 

具体实施方式