[发明专利]一种尺寸可控聚吡咯纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于导电聚合物纳米材料制备技术领域，具体涉及一种尺寸可控聚吡咯纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

    聚吡咯（polypyrrole, PPy）以其良好的环境稳定性、简易合成以及高电导率等诸多优点被广泛关注（Wang L X, Li X G, Yang Y L. Preparation, properties and applications of polypyrroles [J]. Reactive and Functional Polymers, 2001, 47(2): 125-139.）。聚吡咯独特的大π键赋予其奇异的光电磁效应、电化学效应、电化学机械致动效应等；同时，聚吡咯分子链的自由电子的传输受特定环境如酸性、湿度、气体氛围以及化学键合等的控制而影响其导电率的大小。因此，聚吡咯在传感器、致动装置、人工肌肉、超电容器、电致变色窗、燃料电池、功能性涂层、超滤膜等许多领域都具有巨大的应用潜力（Skotheim T A, Reynolds J R. Handbook of Conducting Polymers [B]. New York, USA: CRC Press, 2007.）；并且有望代替许多传统的无机半导体材料以制备各种电子元件。

    一般来说，聚吡咯都是利用化学和电化学聚合来合成的；少数情况下，还可以通过光引发和酶催化来合成聚吡咯。然而，由共轭大π键形成的聚吡咯高分子具有很强的链刚性，并且分子间和分子内存在强烈的氢键相互作用，导致聚吡咯不溶不熔，这就造成了聚吡咯难加工、力学性能差且不能生物降解，这些缺点极大地限制了它在化学检测和生物医学领域的实际应用。

因此，改善聚吡咯的加工性能至关重要。将聚吡咯纳米化，这不但解决了导电高分子难加工的问题，而且有可能获得导电率更高、电化学活性更强、力学性能更优、显示纳米效应的导电高分子材料。例如，将聚吡咯制成纳米纤维后应用于化学传感器，在敏感性和响应性上明显优于其宏观尺寸的聚吡咯材料。可以预见，纳米聚吡咯不仅可非常均匀地涂覆在电极上，有效地解决了聚吡咯难加工的问题，而且其带来的纳米效应如高的比表面积等，使其在生物化学传感器上必然显示独特的优势。

因此，寻找一种经济实效、具有良好收率且尺寸可控聚吡咯纳米颗粒的合成方法不仅解决了聚吡咯加工性差的难题，增强了聚吡咯自身的功能性，而且拓展了其应用范围。

发明内容

    本发明的目的是为了克服现有技术中导电聚合物存在的加工性能差的不足，而提出一种尺寸可控聚吡咯纳米颗粒及其制备方法。

    本发明的技术方案

一种尺寸可控聚吡咯纳米颗粒，即将吡咯单体和引发剂溶解于第一种溶剂形成吡咯单体和引发剂共混溶液；将氧化剂溶解于第二种溶剂形成氧化剂溶液；再将引发剂溶液与吡咯单体共混溶液与氧化剂溶液混合后剧烈晃动片刻后静置反应完全后，进行离心、洗涤、干燥等，最终得到颗粒直径为80～600nm，导电率为10^-2～10^-7S/cm的一种尺寸可控聚吡咯纳米颗粒；

其中，所述的引发剂为2,4-二氨基二苯基胺；

所述的第一种溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；

所述的氧化剂为次氯酸钠、双氧水、过硫酸铵、重铬酸钾、无水三氯化铁或双氧水/二氯化亚铁，优选为过硫酸铵、重铬酸钾、无水三氯化铁；

所述的第二溶剂为水或浓度为1.0mol/L的盐酸、硝酸、高氯酸或樟脑磺酸；

所述的吡咯单体与引发剂2,4-二氨基二苯基胺的摩尔比为9～49：1；

所述的吡咯单体与氧化剂摩尔比为0.2～2：1。

上述的一种尺寸可控聚吡咯纳米颗粒的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）、将吡咯单体与2,4-二氨基二苯基胺溶解于第一种溶剂形成吡咯单体与引发剂共混溶液；

所述的第一溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；

（2）、将氧化剂溶解于第二种溶剂，形成氧化剂溶液；

      所述的第二种溶剂为水或浓度分别为1.0mol/L的盐酸、硝酸、樟脑磺酸或高氯酸水溶液；

（3）、将步骤（1）所得的吡咯单体与引发剂共混溶液和步骤（2）所得的氧化剂溶液分别冷却至0^oC，然后快速混合，将混合液剧烈摇晃约10s，然后放置反应24h后得到反应液；