基于两亲性嵌段共聚物构筑导电聚合物微/纳米结构及其应用

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导电聚合物的应用受到纳米级尺寸和形貌的影响,得到性能较好的纳米级导电聚合物材料成为人们研究的热点。两亲性嵌段共聚物因其具有设计性强、自组装形貌多样、易得到纳米尺寸有序结构等优点,可将两亲性嵌段共聚物的胶束当做“纳米反应器”用于导电聚合物微/纳米结构的构筑。向两亲性嵌段共聚物上引入导电聚合物嵌段,为其形貌尺寸的调控进而提升其性能提供了更多的可能性。本文首先设计合成了带有刺激响应性两亲嵌段共聚物,仅通过改变温度、p H值来控制胶束形貌,进而得到尺寸可控、形貌均一的导电聚合物,并对其电化学性能进行初步探究。其次合成了带有聚苯胺基的嵌段共聚物对其电化学性能进行测试。具体研究内容包括以下几点:(1)采用RAFT法合成一系列刺激响应性两亲嵌段共聚物。合成具有p H响应性两亲嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(2-乙烯基吡啶)(PSx-b-P2VP70(x=38、64、101))、聚苯乙烯-b-聚丙烯酸(PSx-b-PAA70(x=38、64、101))、聚丙烯酸正丁酯-b-聚苯乙烯-b-聚二乙烯基吡啶(Pn BA28-b-PS75-b-P2VP104);合成具有温度响应性两亲嵌段共聚物聚苯乙烯-聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PS111-b-PNIPAMy(y=30、60、84、114))。得到了分子量可控且分布较窄(Mw/Mn≤1.39)的刺激响应性两亲嵌段共聚物。(2)以两亲嵌段共聚物PSx-b-PAA70(x=38、64、101)为“软模板”制备聚苯胺(PANI),探究不同疏水段长度对聚苯胺形貌及电化学性能的影响。当PS段长度为101时,形成的细长纤维状胶束可吸附相对较多的苯胺单体,经聚合后活性PANI的量也较大且PANI材料形貌为网状结构,有利于电子的传输,故具有最佳的放电比容量。(3)选用长疏水链段的p H响应性两亲嵌段共聚物PS101-b-P2VP70、Pn BA28-b-PS75-b-P2VP104和温度响应性两亲嵌段共聚物PS111-b-PNIPAM114以其胶束为“软模板”通过氧化聚合制备导电聚合物聚苯胺、聚联苯胺(PBZ)。仅通过改变p H值和温度调控导电聚合物形貌并利用循环伏安、计时电位、交流阻抗对其电化学性能进行测试,得到具有良好电化学活性及快速充放电能力的聚苯胺、聚联苯胺。(4)制备含聚苯胺基的两亲性嵌段共聚物PAA-b-PANI,经其溶液自组装构筑导电聚合物微/纳米结构,并对其电化学性能进行测试,电阻较小且当电流密度为3 A·g-1时放电比容量可达1051.51 F·g-1
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