聚苯胺/金属氧化物复合材料的制备及其应用进展

张日红，王继库

(吉林师范大学 化学学院 环境友好材料制备与应用教育部重点实验室，吉林 四平 136000)

聚苯胺/金属氧化物复合材料的制备及其应用进展

张日红，王继库*

(吉林师范大学 化学学院 环境友好材料制备与应用教育部重点实验室，吉林 四平 136000)

聚苯胺是导电高分子化合物的一种，因其具有特殊的导电性、化学稳定性、原料易得和制备工艺简单等特点，近年来聚苯胺及其与金属氧化物复合材料的制备成为研究热点，特别是在超级电容器电极材料方面的应用，展现了良好的发展前景。本文综述了聚苯胺/金属氧化物复合材料的合成方法，并且对聚苯胺/金属氧化物复合材料的应用现状做了系统的概述。

聚苯胺；金属氧化物；化学性能；应用

早在1862年Letheby.H就开始完整的研究聚苯胺[1]，研究人员对聚苯胺的研究大体经历了四个阶段[2]。第一阶段：在1831年Runge发现了聚苯胺，上世纪初的时候Green认为聚苯胺的基本氧化物是一种“苯胺黑”[3]， Willstatter则认为聚苯胺的基本氧化物是五种结构使得中间产物，并加以命名。第二阶段:上世纪六十年代，Jozefrowicz了解到了其具有氧化还原性质子交换等性质，并且制备了相应的半导体材料，但最终研究结果被搁置了。第三阶段:经过科研人员不懈的研究和改进，最终发现通过化学掺杂的发放能使其获得导电性，并且MacDiannid[5]等研究人员提高了聚苯胺的导电率，至此高分子材料的导电引起了人们的极大关注。随着研究的深入，人们逐渐发现聚苯胺是导电高分子材料中不可或缺的原料之一，在生活和工业领域也有很多应用，但由于聚苯胺本身难溶性、极性刚性差的原因[6]，因此改善和提高聚苯胺的加工性能和本身的稳定性和功能性的问题成为了现在亟待解决的问题。

1 聚苯胺和金属氧化物复合材料的制备

1.1 吸附聚合法

张[7]等人采用吸附聚合的方法制备二氧化锰聚苯胺复合材料，通过表征后发现复合后形貌没发生本质的改变，仍然呈现棒状结构，但在催化有机染料方面得到较好的表现。这是因为与聚苯胺相结合，聚苯胺可起到载体作用，既可以防止纳米粒子的团聚，又可以改进材料的催化性能，进而获得同时具有聚苯胺的性能和纳米材料的独特功能的新型复合材料[8]。

1.2 固相法

龚建等[9]以杂多酸SiW12为掺杂剂，过硫酸铵为氧化剂，采用固相法成功制备了不同比例的聚苯胺氧化锌纳米粒子复合材料，随着反应中纳米氧化锌粒子用量的减小，超声分散的效果越好，因而生成的聚苯胺形态趋于粒度较小，分散好。

1.3 化学氧化法

宋恩鹏等[10]通过化学氧化法合成聚苯胺/四氧化三铁的复合材料，通过与四氧化三铁以及二氧化镍等磁性物质复合后，吸波性能有明显的改善，损耗最大可以达到19Db,由于铁磁性物质的加入是的磁损耗加强。研究对废水的吸附特性得出在五摄氏度、盐酸浓度为1mol/L、吸附时间为四小时，该条件下对染料废水的儿去除率达到82.71%。

1.4 表面引发聚合法

谷红波等人使用表面引发聚合方法制备了四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料、二氧化硅/聚苯胺纳米复合材料。含有四氧化三铁铁磁性材料的聚苯胺纳米复合材料中的巨磁阻性能要相对高于非磁性的聚苯胺纳米复合材料中的巨磁阻性能。

2 聚苯胺金属氧化物复合材料的应用

2.1 微波吸收材料

随着电子科技的发展,辐射问题随之走向人们的视野。传统的无机材料因其结构的特点所以在微波吸收领域有所限制[8]，因此人们把目光转向了导电聚合材料。金属材料的加入对复合材料的磁导率也有很大影响，能在一定程度上提高材料的吸波性能，反射损耗最低达到-24.61并且-10dB处吸收频宽由2.72GHz提高到4.08GHz，从而得到性能优良的微波吸收材料。

宋恩鹏[9]等人采用水浴研磨的方法使盐酸掺杂的聚苯胺和四氧化三铁复合，盐酸掺杂的聚苯胺材料在高频处吸收比较明显，在低频处基本没有吸收。而经过和四氧化三铁复合，对微波的吸收性能发生了改变，在低频率处也有一定的吸收并且穿越了聚苯胺的高频吸收带，高频处拓展到16.8GHz，由于掺杂聚苯胺是接电损耗机制，并且四氧化三铁具有吸磁性，使之进一步增加了对微波吸收的磁损耗。

2.2 生物传感器

V.Mini，Kamath Archana[10]等人制备了聚苯胺/壳聚糖/氧化钴三元复合材料，经过红外光谱，X射线衍射，扫描电镜，透色电子显微镜，热重分析等分析了三元复合材料的结构性能及其物理化学性质，证明聚苯胺/壳聚糖/氧化钴三元复合材料是以化学方式结合在一起的。通过扫面电镜可以明显的观察到复合材料形态的改变，在邻苯二甲酸酯的矩阵中四氧化三钴配体的电荷转移限制了复合材料的能带间隙从而决定了晶格结构。此结构也为复合材料提供了特性，其性能的增强可以使材料应用于光电子催化生物医药和生物传感器及能源储存领域。

2.3 防腐蚀性涂层

刘洋[11]等人利用涂覆法使聚苯胺涂料分散长在氧化锌纳米棒的中间的碳钢机体上，从而获得致密且均匀的聚苯胺氧化锌复合膜。纳米氧化锌棒能和聚苯胺涂层很好的镶嵌交联在一起，此方法在提高了膜层与金属机体的结合力的同时使膜层的腐蚀性有效增加。聚苯胺中加入二氧化锰微粒是材料的耐腐蚀性显著提高，二氧化锰含量为5%的复合材料的耐腐蚀性最优。主要是因为二氧化锰光催化水分解成活性氧，促使聚苯胺和底层的金属接触面生成钝化膜，提高了电荷转移抗阻和离子迁移阻力。

2.4 光催化性能

张俊龙[12]等人制备了二氧化锰和聚苯胺复合材料，对罗丹明B大分子和次甲基蓝大分子有很好的降解作用。二氧化锰不仅具有存储量丰富，价格低廉，而且具有对环境污染小的特点，所以它是一种常用的催化材料。研究表明，猛氧化物对腐殖酸、染料等污染物有较强的氧化作用及一定的催化降解和吸附能力，对溶液中阳离子有机染料有较好的消除作用。

赵世博[13]等人研究了聚苯胺(PANi)/TiO2-SiO2复合催化剂对甲醛的吸附和协同光催化作用结果表明复合聚苯胺的存在使吸光范围拓展到可见光区,提高了对甲醛的吸附。涂敷3层TiO2-SiO2、吸附浓度0.26g/L的PANi溶液所得复合催化剂紫外光催化效果最好,与没有聚苯胺的催化剂相比,使甲醛去除率提高2倍。

3 总结与展望

本文简要总结了聚苯胺/金属氧化物复合材料的制备及其在电化学领域的应用。虽然在制备聚苯胺/金属氧化物复合材料上的探索已经取得重要的研究成果， 但是该领域的发展仍处于初级阶段， 还有许多相关问题待攻破。例如大规模可控制备聚苯胺的方法，聚苯胺表面上其他功能性纳米材料形态和尺寸的控制，聚苯胺功能化的控制对其电化学性能及稳定性的影响， 防止聚苯胺与其他分子复杂的相互作用而导致团聚，聚苯胺与待测物分子间的相互作用及电子传输的影响机制等。这些聚苯胺材料的相关研究将大大促进其在电化学传感领域的发展。以聚苯胺为基础的材料有望成为高效太阳能电池，锂离子电池，激光器，高度灵敏传感器等的核心材料，具有很好的发展前景，值得进一步研究。

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(本文文献格式：张日红，王继库.聚苯胺/金属氧化物复合材料的制备及其应用进展[J].山东化工，2017，46(14)：57-58.)

2017-05-08

张日红(1992—)，女，硕士研究生，研究方向：新型功能材料。

TB332

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