張日紅，王繼庫

(吉林師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 環(huán)境友好材料制備與應(yīng)用教育部重點實驗室，吉林 四平 136000)

聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用進展

張日紅，王繼庫*

(吉林師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 環(huán)境友好材料制備與應(yīng)用教育部重點實驗室，吉林 四平 136000)

聚苯胺是導(dǎo)電高分子化合物的一種，因其具有特殊的導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性、原料易得和制備工藝簡單等特點，近年來聚苯胺及其與金屬氧化物復(fù)合材料的制備成為研究熱點，特別是在超級電容器電極材料方面的應(yīng)用，展現(xiàn)了良好的發(fā)展前景。本文綜述了聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的合成方法，并且對聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀做了系統(tǒng)的概述。

聚苯胺；金屬氧化物；化學(xué)性能；應(yīng)用

早在1862年Letheby.H就開始完整的研究聚苯胺[1]，研究人員對聚苯胺的研究大體經(jīng)歷了四個階段[2]。第一階段：在1831年Runge發(fā)現(xiàn)了聚苯胺，上世紀(jì)初的時候Green認為聚苯胺的基本氧化物是一種“苯胺黑”[3]， Willstatter則認為聚苯胺的基本氧化物是五種結(jié)構(gòu)使得中間產(chǎn)物，并加以命名。第二階段:上世紀(jì)六十年代，Jozefrowicz了解到了其具有氧化還原性質(zhì)子交換等性質(zhì)，并且制備了相應(yīng)的半導(dǎo)體材料，但最終研究結(jié)果被擱置了。第三階段:經(jīng)過科研人員不懈的研究和改進，最終發(fā)現(xiàn)通過化學(xué)摻雜的發(fā)放能使其獲得導(dǎo)電性，并且MacDiannid[5]等研究人員提高了聚苯胺的導(dǎo)電率，至此高分子材料的導(dǎo)電引起了人們的極大關(guān)注。隨著研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)聚苯胺是導(dǎo)電高分子材料中不可或缺的原料之一，在生活和工業(yè)領(lǐng)域也有很多應(yīng)用，但由于聚苯胺本身難溶性、極性剛性差的原因[6]，因此改善和提高聚苯胺的加工性能和本身的穩(wěn)定性和功能性的問題成為了現(xiàn)在亟待解決的問題。

1 聚苯胺和金屬氧化物復(fù)合材料的制備

1.1 吸附聚合法

張[7]等人采用吸附聚合的方法制備二氧化錳聚苯胺復(fù)合材料，通過表征后發(fā)現(xiàn)復(fù)合后形貌沒發(fā)生本質(zhì)的改變，仍然呈現(xiàn)棒狀結(jié)構(gòu)，但在催化有機染料方面得到較好的表現(xiàn)。這是因為與聚苯胺相結(jié)合，聚苯胺可起到載體作用，既可以防止納米粒子的團聚，又可以改進材料的催化性能，進而獲得同時具有聚苯胺的性能和納米材料的獨特功能的新型復(fù)合材料[8]。

1.2 固相法

龔建等[9]以雜多酸SiW12為摻雜劑，過硫酸銨為氧化劑，采用固相法成功制備了不同比例的聚苯胺氧化鋅納米粒子復(fù)合材料，隨著反應(yīng)中納米氧化鋅粒子用量的減小，超聲分散的效果越好，因而生成的聚苯胺形態(tài)趨于粒度較小，分散好。

1.3 化學(xué)氧化法

宋恩鵬等[10]通過化學(xué)氧化法合成聚苯胺/四氧化三鐵的復(fù)合材料，通過與四氧化三鐵以及二氧化鎳等磁性物質(zhì)復(fù)合后，吸波性能有明顯的改善，損耗最大可以達到19Db,由于鐵磁性物質(zhì)的加入是的磁損耗加強。研究對廢水的吸附特性得出在五攝氏度、鹽酸濃度為1mol/L、吸附時間為四小時，該條件下對染料廢水的兒去除率達到82.71%。

1.4 表面引發(fā)聚合法

谷紅波等人使用表面引發(fā)聚合方法制備了四氧化三鐵/聚苯胺納米復(fù)合材料、二氧化硅/聚苯胺納米復(fù)合材料。含有四氧化三鐵鐵磁性材料的聚苯胺納米復(fù)合材料中的巨磁阻性能要相對高于非磁性的聚苯胺納米復(fù)合材料中的巨磁阻性能。

2 聚苯胺金屬氧化物復(fù)合材料的應(yīng)用

2.1 微波吸收材料

隨著電子科技的發(fā)展,輻射問題隨之走向人們的視野。傳統(tǒng)的無機材料因其結(jié)構(gòu)的特點所以在微波吸收領(lǐng)域有所限制[8]，因此人們把目光轉(zhuǎn)向了導(dǎo)電聚合材料。金屬材料的加入對復(fù)合材料的磁導(dǎo)率也有很大影響，能在一定程度上提高材料的吸波性能，反射損耗最低達到-24.61并且-10dB處吸收頻寬由2.72GHz提高到4.08GHz，從而得到性能優(yōu)良的微波吸收材料。

宋恩鵬[9]等人采用水浴研磨的方法使鹽酸摻雜的聚苯胺和四氧化三鐵復(fù)合，鹽酸摻雜的聚苯胺材料在高頻處吸收比較明顯，在低頻處基本沒有吸收。而經(jīng)過和四氧化三鐵復(fù)合，對微波的吸收性能發(fā)生了改變，在低頻率處也有一定的吸收并且穿越了聚苯胺的高頻吸收帶，高頻處拓展到16.8GHz，由于摻雜聚苯胺是接電損耗機制，并且四氧化三鐵具有吸磁性，使之進一步增加了對微波吸收的磁損耗。

2.2 生物傳感器

V.Mini，Kamath Archana[10]等人制備了聚苯胺/殼聚糖/氧化鈷三元復(fù)合材料，經(jīng)過紅外光譜，X射線衍射，掃描電鏡，透色電子顯微鏡，熱重分析等分析了三元復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能及其物理化學(xué)性質(zhì)，證明聚苯胺/殼聚糖/氧化鈷三元復(fù)合材料是以化學(xué)方式結(jié)合在一起的。通過掃面電鏡可以明顯的觀察到復(fù)合材料形態(tài)的改變，在鄰苯二甲酸酯的矩陣中四氧化三鈷配體的電荷轉(zhuǎn)移限制了復(fù)合材料的能帶間隙從而決定了晶格結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)也為復(fù)合材料提供了特性，其性能的增強可以使材料應(yīng)用于光電子催化生物醫(yī)藥和生物傳感器及能源儲存領(lǐng)域。

2.3 防腐蝕性涂層

劉洋[11]等人利用涂覆法使聚苯胺涂料分散長在氧化鋅納米棒的中間的碳鋼機體上，從而獲得致密且均勻的聚苯胺氧化鋅復(fù)合膜。納米氧化鋅棒能和聚苯胺涂層很好的鑲嵌交聯(lián)在一起，此方法在提高了膜層與金屬機體的結(jié)合力的同時使膜層的腐蝕性有效增加。聚苯胺中加入二氧化錳微粒是材料的耐腐蝕性顯著提高，二氧化錳含量為5%的復(fù)合材料的耐腐蝕性最優(yōu)。主要是因為二氧化錳光催化水分解成活性氧，促使聚苯胺和底層的金屬接觸面生成鈍化膜，提高了電荷轉(zhuǎn)移抗阻和離子遷移阻力。

2.4 光催化性能

張俊龍[12]等人制備了二氧化錳和聚苯胺復(fù)合材料，對羅丹明B大分子和次甲基藍大分子有很好的降解作用。二氧化錳不僅具有存儲量豐富，價格低廉，而且具有對環(huán)境污染小的特點，所以它是一種常用的催化材料。研究表明，猛氧化物對腐殖酸、染料等污染物有較強的氧化作用及一定的催化降解和吸附能力，對溶液中陽離子有機染料有較好的消除作用。

趙世博[13]等人研究了聚苯胺(PANi)/TiO2-SiO2復(fù)合催化劑對甲醛的吸附和協(xié)同光催化作用結(jié)果表明復(fù)合聚苯胺的存在使吸光范圍拓展到可見光區(qū),提高了對甲醛的吸附。涂敷3層TiO2-SiO2、吸附濃度0.26g/L的PANi溶液所得復(fù)合催化劑紫外光催化效果最好,與沒有聚苯胺的催化劑相比,使甲醛去除率提高2倍。

3 總結(jié)與展望

本文簡要總結(jié)了聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的制備及其在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。雖然在制備聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料上的探索已經(jīng)取得重要的研究成果， 但是該領(lǐng)域的發(fā)展仍處于初級階段， 還有許多相關(guān)問題待攻破。例如大規(guī)?？煽刂苽渚郾桨返姆椒?，聚苯胺表面上其他功能性納米材料形態(tài)和尺寸的控制，聚苯胺功能化的控制對其電化學(xué)性能及穩(wěn)定性的影響， 防止聚苯胺與其他分子復(fù)雜的相互作用而導(dǎo)致團聚，聚苯胺與待測物分子間的相互作用及電子傳輸?shù)挠绊憴C制等。這些聚苯胺材料的相關(guān)研究將大大促進其在電化學(xué)傳感領(lǐng)域的發(fā)展。以聚苯胺為基礎(chǔ)的材料有望成為高效太陽能電池，鋰離子電池，激光器，高度靈敏傳感器等的核心材料，具有很好的發(fā)展前景，值得進一步研究。

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(本文文獻格式：張日紅，王繼庫.聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用進展[J].山東化工，2017，46(14)：57-58.)

2017-05-08

張日紅(1992—)，女，碩士研究生，研究方向：新型功能材料。

TB332

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1008-021X(2017)14-0057-02