聚苯胺合成与表征

《化学综合设计实验》实验论文论文题目：聚苯胺的合成与表征

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二零一五年五月二十五日

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

前言 (2)

1实验设备和聚苯胺性能表征方法 (4)

1.1实验药品及设备 (4)

1.1.1实验药品 (4)

1.1.2实验仪器 (4)

2.2 化学氧化法合成聚苯胺 (5)

2.2.1苯胺的合成 (6)

3.3 聚苯胺性能表征 (5)

3.3.1溶解率的测定 (5)

3.3.2电阻的测定 (5)

3.4 实验数据处理 (5)

3.4.1聚苯胺产率 (5)

3.4.2溶解率 (7)

3.4.3电阻 (6)

4.4实验结果与分析 (6)

5.5展望 (6)

参考文献 (6)

摘要：本实验主要采用化学氧化法制备聚苯胺，以苯胺为单体，过硫酸铵为氧化剂，控制反应的温度和反应时间，在酸性介质中合成聚苯胺。探究当加入的氧化剂与苯胺的摩尔比为1:1、质子酸为硫酸、反应温度为10℃、反应时间为3h时聚苯胺的产率。以及有机溶剂对聚苯胺的溶解率，测定单位长度电阻值，判断其导电性效果，其中产率高达90%以上，溶解性为58%，具有较好导电性。

关键词：聚苯胺；合成；表征；溶解性；电阻；

前言

1826年，德国化学家Otto Unverdorben 通过热解蒸馏靛蓝首次制得苯胺

（aniline ），产物当时被称为“Krystallin ”，意即结晶，因其可与硫酸、磷酸形成盐的结晶。1840年，Fdtzsche 从靛蓝中得到无色的油状物苯胺，将其命名为aniline ，该词源于西班牙语的anti （靛蓝）并在1856年用于染料工业。而且他可能制得了少量苯胺的低聚物，1862年HLhetbey 也证实苯胺可以在氧化下形成某些固体颗粒。但由于对高分子本质缺乏足够的认知，聚苯胺的结构长期处于争论中，Macdiarmid 于1987年提出苯-醌式结构单元共存的模型后，得到大家广泛的认可；它存在的状态可以随着苯、醌两种结构单元的含量不同而相互改变。

聚苯胺合成方法主要有化学氧化法和电化学聚合法等。化学氧化聚合法又有溶液聚合、乳液聚合、模板聚合、酶催化聚合等；电化学聚合法有动电位扫描、恒电流、恒电位、脉冲极化等合成方法。化学氧化聚合法制备过程如下图1所示。

图1 聚苯胺的制备示意图 Fig.1 Diagram for preparing PANI

N

N

N n

NH 2

氧化剂

酸或碱

1-y y

H

H

N

N

N

N

n

NH N N NH

n

1-y y

H

H y=0.5, 中间氧化态

N N N

n

y=1.0, 全氧化态

n

y= 0, 全还原态

N

H

H H N

H 聚苯胺结构

图2 聚苯胺氧化还原状态结构示意图 Fig.1 Structure diagram of redox state of PANI

组成苯胺的还原单元和氧化单元构成如图2所示。其中Y 表示聚苯胺的氧化程度，可以从Y=0变化为Y=1。其结构的变化决定了聚苯胺性能的多样性。Y=0的全还原态和Y=1的全氧化态聚苯胺都是绝缘体，只有当Y=0.5，即半氧化半还原态形式，经质子酸掺杂后，才能从绝缘体向导体转变。在酸性水溶液中，Y=0、0.5和1的三种典型聚苯胺形态在电场作用下可以相互转化，即会发生氧化还原反应，因而在聚苯胺循环伏安曲线上有两对氧化还原峰，这一特征可以用来表征聚苯胺。聚苯胺有许多性能，如导电性、氧化还原性、催化性能、电致变色行为、质子交换性质及光电性质，最重要的是导电性及电化学性能。经一定处理后，可制得各种具有特殊功能的设备和材料，如可作为生物或化学传感器的尿素酶传感器、电子场发射源、较传统锂电极材料在充放电过程中具有更优异的可逆性的电极材料、选择性膜材料、防静电和电磁屏蔽材料、导电纤维、防腐材料等等。

1实验设备和聚苯胺性能表征方法1.1实验药品及设备

1.1.1实验药品

1.1.2实验仪器

其他仪器:研钵、烧杯（100mL、250mL）、量筒（10mL、50mL）、容量瓶（250mL）、三角烧瓶、吸滤瓶、布氏漏斗、分析天平等。

2.2 化学氧化法合成聚苯胺

2.2.1苯胺的合成

配制1mol/L H2SO4溶液100ml置于250ml三角烧瓶中，逐滴加入4.6513g (0.05mol)苯胺，待白色固体沉淀溶解后，电磁搅拌下，并调节滴定速度约为(2～3s/滴)滴加含12g（0.05mol）过硫酸铵的1mol/L H2SO4溶液100ml，使过硫酸铵溶液在30分钟滴定完毕。用冷却浴控制在温度为10℃，（其他）条件下利用恒温磁力搅拌器搅拌反应3h，反应完后经抽滤（用蒸馏水洗涤至PH=7）、移至干燥箱中(恒温60℃烘干12h)、称重后研磨成粉状，即得到硫酸掺杂的聚苯胺，称量、计算产率。

3.3 聚苯胺性能表征

3.3.1溶解率的测定

称取0.2g聚苯胺于100ml烧杯中，加入20ml二甲基亚砜溶解，搅拌1h后

3.3.2电阻的测定

称取0.5g聚苯胺放入压片机进行压片，用电阻器测量单位长度的电阻值。3.4 实验数据处理

3.4.1聚苯胺产率

称取苯胺4.6513g，烘干后聚苯胺为4.1651g其产率为