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聚苯胺/无机纳米复合材料的制备及性能研究

王秀芳  
【摘要】:近年来,随着人口的增长,环境污染日趋严重,严重地威胁着人类的健康,因而环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题。采用高科技手段开发和利用新型的功能材料是解决环境问题的必要手段之一。聚苯胺因其原料易得、合成方法简单、空气中稳定性好、电导率优良,再加上其独特的化学、电化学性能,成为学术和实际应用中的研究热点,并被应用在光存储器、电磁屏蔽、导电橡胶、导电粘结剂、磁性记录材料、金属防护等领域。深入研究聚苯胺的性能,开发其新的应用领域是非常有必要的。把聚苯胺和无机纳米粒子复合可以得到一类性能更加全面、优越的功能材料,在环境污染治理、生物传感、催化剂等领域将有着潜在的应用价值。 本文采用最简单的液相氧化还原法制备了功能性的PANI/无机纳米复合物,包括蒲公英状的Au/PANI纳米球、核壳式的Ag@PANI纳米粒子、片状的CuI/PANI纳米复合物、Fe3O4/PANI/Au复合纳米球,具体研究内容如下: 1.在没有任何模板和添加剂存在的条件下,水溶液中用氯金酸氧化苯胺单体,制备出Au/PANI复合纳米球,纳米球由短的纳米棒组装而成,整个球大小约为180纳米,形貌类似于蒲公英。研究发现,氯金酸与苯胺的摩尔比不同时,复合物的形貌会发生变化。复合物中的PANI对Hg2+有明显的拉曼强度响应,所以复合物被用作表面增强拉曼散射(SERS)传感器去检测Hg2+,显示出高的选择性和灵敏性,检测极限可以达到10-11M。 2.用可见光辐射诱导的方法制备了Ag@PANI核壳复合纳米球,20nm的Ag核外包裹大约2nm厚的PANI层。核壳纳米球作为SERS传感器去检测水溶液中的金属离子,如Zn2+, Pb2+, Cu2+ Hg2+, Cd2+等。结果表明,Ag@PANI SERS传感器只对Hg2+有明显地响应,因而对Hg2+有高度的选择性和灵敏性,Hg2+的检测极限可以达到10-12M。另外,我们还检测了此SERS传感器的重复性和稳定性。 3.在KI存在下用CuSO4氧化苯胺合成了具有片状结构的CuI/PANI纳米复合物。通过调节CuSO4与苯胺的摩尔比可以对复合物的形貌进行很好地控制。没有经过任何低表面能物质进行修饰,复合物就可以显示出超疏水性能,最大接触角可以达到160°以上。如此高的接触角与复合物片的表面较高的粗糙度有关。另外,首次研究了合成的纳米复合物的光催化活性,结果显示复合物有较高的光催化活性,在可见光的条件下可以降解有机染料如罗丹明B。另外,我们还进一步探讨了光催化反应机理。 4.通过溶剂热法合成直径大约50nm的Fe304球形颗粒,对其进行处理使表面带上负电荷。把带正电荷的苯胺加入表面带负电荷Fe304溶胶体系中,加氯金酸对其进行氧化制备了单分散性较好的Fe3O4/PANI/Au复合纳米颗粒。复合物有着较强的磁性,且在室温下呈超顺磁性。Fe3O4/PAN/Au负载葡萄糖氧化酶修饰玻碳电极,组装成工作电极,可以用作葡萄糖传感器,显示出良好的电催化活性。合成的多组分的Fe3O4/PAN/Au纳米复合物在很多领域中将有潜在的应用价值。


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