（白城醫(yī)學高等?？茖W校，吉林 白城 137000）

一、導電高分子聚合物簡介

共同榮獲2000 年度諾貝爾化學獎三位科學家H Shirakawa、A J Heeger 和A G MacDiamid 在1977 年一次實驗中驚奇的發(fā)現(xiàn)，在摻雜AsF5等電子受體來合成聚乙炔(polyacetylene)薄膜后，聚乙炔(polyacetylene)的電導率從10-6S/cm 增加到103S/cm，相比于純聚乙炔(polyacetylene)其導電率竟然增加了九個數(shù)量級，從此以后人們對聚合物的認識打開了嶄新的一頁，即它不是絕緣體。一般意義上的導電高分子聚合物，指的就是電導率為σ=10-12-106S/cm，其本征態(tài)可能是半導體，也可能不導電，但是當我們對其進行有選擇性的摻雜以后就可能成為半導體或?qū)w。例如聚吡咯(PPy)、聚乙烯(PE)、聚苯胺(PANI)等共軛聚合物[1]在摻雜以后都有可能變?yōu)榫哂幸欢▽щ娦阅艿膶щ姼叻肿泳酆衔铩?/p>

現(xiàn)今很多學者對共軛聚合物的結(jié)構(gòu)和性能的研究越發(fā)深入，有機導電高分子聚合物已成為多學科交叉研究領(lǐng)域之一，相繼發(fā)現(xiàn)導電聚合物既有無機半導體材料的電學和光學的特性(即具有光、電、磁特性)，又具備有機聚合物的可加工性，氧化還原活性以及有較強的光吸收能力，而且制備簡單，無毒且耐腐蝕，所以在研發(fā)電化學器件，太陽能電池和生物傳感器等方面有著廣泛的應(yīng)用和潛在的商業(yè)價值[2]。導電聚合物具有較強的光吸收能力皆因其分子內(nèi)部含有高度離域的環(huán)π 電子體系所致，因此價格低廉的光敏器件的制備過程中常常應(yīng)用其進行修飾，經(jīng)聚合物修飾過的半導體金屬氧化物或硫化物其光敏性得以誘導或提高，就是因為聚合物特殊的結(jié)構(gòu)可以改善無機半導體納米材料的電子-空穴分離能力。

現(xiàn)階段已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多聚合物表面功能化半導體納米材料，如聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)，陰離子電荷的聚(N-異丙基丙烯酰胺)，聚(3,4-乙撐二氧噻吩)(PEDOT)，聚(苯乙烯-共-馬來酸)(PS-co-MAC)，聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(PET)，聚乙烯亞胺(PEI)，聚吡咯(PANI)，聚吡咯(PPY)，酞菁類聚合物和一些染料等[3]。

二、導電高分子聚合物的分類

從不同的結(jié)構(gòu)與組成角度出發(fā)，導電高分子聚合物可以歸為結(jié)構(gòu)型導電聚合物(a)和復合型導電聚合物兩大類(b)：

(a) 所謂的結(jié)構(gòu)型導電聚合物就是分子結(jié)構(gòu)上單雙鍵沿分子鏈交替排列，形成線性或平面形 π-共軛體系。我們常常選擇摻雜這種方法是聚合物分子的共軛結(jié)構(gòu)產(chǎn)生某種缺陷，從而達到提高電導率的目的。例如聚吡咯的電導率在摻雜以后由 10-10S cm-1 提高到 103S cm-1。在合成導電聚合物的過程中采用摻雜其他物質(zhì)的原因就是因為完美無缺的共軛結(jié)構(gòu)導電聚合物的導電性能極差，甚至表現(xiàn)為絕緣體行為。

(b) 所謂的復合型導電聚合物就是將結(jié)構(gòu)型導電聚合物與其他導電性物質(zhì)復合在一起形成有高導電能力的復合材料。復合型導電高分子聚合物中，復合材料有很高且較穩(wěn)定的電導率的原因就是在復合過程中高分子聚合物起到了將導電粒子聚結(jié)在一起的作用，也是因為導電聚合物的加入，使得復合材料同時還具有了有機聚合物柔韌的機械性能和可加工性。

三、聚吡咯(PPy)導電率的改性方法

純聚吡咯的導電性能很差,通常我們選擇摻雜的方法合成聚吡咯來提高其導電率。其實，影響聚吡咯導電性強弱的原因有很多，如摻雜劑、介質(zhì)的選擇、反應(yīng)溫度(T)、pH 值、電壓等。這些因素中影響聚吡咯電導率較大的是摻雜陰離子的不同,不同的摻雜陰離子可以使其導電率相差若干個數(shù)量級，如摻雜陰離子的聚吡咯電導率可達 103S/cm。鑒于此我們通常采用有機磺酸或鹽做摻雜劑來合成聚吡咯。其次調(diào)控好反應(yīng)體系的理化性質(zhì),如溫度越低，pH 值越小所合成的聚吡咯電導率就越高。

四、導電聚吡咯的應(yīng)用

聚吡咯在很多方面有重要的應(yīng)用如離子交換樹脂，C Weidlich K 和M Mangold等人摻雜了大量陰離子用電化學和化學氧化法合成了聚吡咯膜，且通過測試實驗證明了其穩(wěn)定的離子交換性能，且電流效率高等特點[4]。除此之外，在離子檢測、超電容及防靜電材料和光電化學電池的修飾電極等方面也有廣泛的應(yīng)用。由于聚吡咯這種線性共軛聚合物還具有一定的光電性質(zhì)，研究者們通過將PPy 與納米級材料復合，成功合成了具有一定性能的復合材料[5]。Tao 等人制備了一個高性能固態(tài)超級電容器，其陽極采用的是被聚吡咯包裹的二氧化錳納米粒子修飾的碳電極，陰極是活性炭修飾的碳棒，這個電容器的電容量可達到1.41F cm-2，由多個這樣的超級電容器組成的能量儲存單元可以驅(qū)動一個微型電動機。Deng]等人利用原位氧化吡咯，苯胺單體和二氧化鈦形成PPy-PANI/TiO2 納米復合材料，相比于PPy/TiO2 和PANI/TiO2,PPy-PANI/TiO2 復合材料在可見光區(qū)有很強的吸收能力，且在可見光下對4-硝基酚有很強的光催化降解能力。