化学氧化聚合法制备聚噻吩及其表征
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Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ
聚 噻 吩 及 其 衍 生 物 不 仅 具 有 优 异 的 电 性 能 ，而 且 具 有 比 聚苯胺优异的加工性。三氧化 二 铝、二 氧 化 钛、氧 化 锌 等 无 机 材料都已被用 来 与 聚 噻 吩 进 行 复 合。 由 于 聚 噻 吩 的 特 性，考 虑其在有机太阳能电池方面 的 应 用［１］。聚 噻 吩 及 其 衍 生 物 可 溶解、易于制备，有 很 好 的 环 境 热 稳 定 性，掺 杂 后 具 有 很 高 的 导电性，因此有 广 泛 的 用 途［２］。 聚 噻 吩 已 成 为 人 们 设 计 新 型 导电聚合物最有 前 景 的 基 体 之 一，且 各 类 聚 噻 吩 衍 生 物 的 应 用广泛，在材料科学领域备受 关 注。到 目 前 为 止，主 要 的 制 备 方法有电化学聚合［３］和化学聚 合，另 外 还 有 气 象 沉 积 法 、激 光 促 进 合 成［４］、微 波 辐 射 法［５］、微 乳 液 制 备 法［６］等 一 些 特 殊 的 制 备方法［７］。本研究 主 要 是 在 不 同 条 件 下 制 备 聚 噻 吩 ，并 对 其 进行表征及性能 分 析，为 进 一 步 探 讨 它 的 光 伏 性 能 及 在 电 池 中的应用。
（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ＭＯＥ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，
关 键 词 聚 噻 吩 ，化 学 聚 合 ，导 电 性 能 ，吸 收 光 谱
Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ
Ｈａｎ Ｙｏｎｇｇａｎｇ Ｗａｎｇ Ｈａｉｙａｎ Ｃｈｅｎ Ｒｕｉｃａｎ Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｃｈａｏ Ｙｅ Ｆａｎｇｄｅ Ｌｉｕ Ｗｅｉ
Ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．１ ·８０·
化 工 新 型 材 料 ＮＥＷ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ
第 ４１ 卷 第 １ 期 ２０１３ 年 １ 月
化学氧化聚合法制备聚噻吩及其表征
韩永刚 王海燕＊ 陈瑞灿 张家朝 叶方德 刘 伟
（郑州大学物理工程wk.baidu.com院材料物理教育部重点实验室，郑州 ４５００５２）
摘 要 在不同温度、浓度、反应时间下通过化学氧化聚 合 制 备 不 同 的 聚 噻 吩 样 品。用 扫 描 电 镜 对 样 品 形 貌 进 行 了 表征，分析不同反应时间、不同试剂浓度下样品的形貌。再通过 Ｒａｍａｎ光 谱，ＸＲＤ，分 光 光 度 计 等 技 术 进 行 表 征。结 果 表 明，不同的制备条件影响到聚噻吩的形貌及性能，温度的不同对形貌影响较大。通过对吸收光谱的研究可 知，随 着 反 应 温 度的增加，吸收峰值在变大，但光谱吸收范围在变小。浓度对样品的颜色及合成效率都有影响，反应时间超 过 某 一 数 值 时 就不再影响聚噻吩的合成。
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅｍ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＸＲＤ，Ｒａｍａｎ ａｎｄ ＵＶ－ｖｉｓ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｅｆｆｅｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｏｒｍｓ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈａｄ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌｙｔｈｉｏ－ ｐｈｅｎｅ．Ｉｔ ｉｓ ｋｎｏｗｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ ｗａｓ ｅｎｌａｒｇｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂｕｔ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｈａｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｄｏｎｅ ｎｏｔ ａｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ ａｓ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｅｘ－ ｃｅｅｄｅｄ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｖａｌｕｅ．
１ 实 验 部 分
氯仿、盐酸、无水 氯 化 铁、噻 吩、乙 腈 等 药 品 均 为 分 析 纯 ， 且未进一步提 纯，配 制 溶 液 和 洗 涤 过 程 中 均 用 去 离 子 水 。 实
验仪器在实验前后均倒入稀盐酸静置１０ｍｉｎ，然后用去离子 水 清洗。
样品测试中，扫描电 子 显 微 镜 测 试 使 用 ＪＥＭ－７００ 场 发 射 扫描 电 镜 （日 本 ＪＥＯＬ 公 司 ）；拉 曼 光 谱 表 征 使 用 ＲＥＮ－ ＩＳＨＡＷＲＭ２０００显微拉 曼 光 谱 仪 （英 国 Ｒｅｎｉｓｈａｍ 公 司 ），激 光波 长 为 ５３２ｎｍ，功 率 为 ２５Ｗ；ＸＲＤ 采 用 荷 兰 帕 纳 特 公 司 的 ＡＲＬ 型 号 Ｘ 射 线 衍 射 仪；ＵＶ－３１５０ 型 ＩＲ－ＶＩＳ－ＵＶ 分 光 光 度 计。
聚 噻 吩 及 其 衍 生 物 不 仅 具 有 优 异 的 电 性 能 ，而 且 具 有 比 聚苯胺优异的加工性。三氧化 二 铝、二 氧 化 钛、氧 化 锌 等 无 机 材料都已被用 来 与 聚 噻 吩 进 行 复 合。 由 于 聚 噻 吩 的 特 性，考 虑其在有机太阳能电池方面 的 应 用［１］。聚 噻 吩 及 其 衍 生 物 可 溶解、易于制备，有 很 好 的 环 境 热 稳 定 性，掺 杂 后 具 有 很 高 的 导电性，因此有 广 泛 的 用 途［２］。 聚 噻 吩 已 成 为 人 们 设 计 新 型 导电聚合物最有 前 景 的 基 体 之 一，且 各 类 聚 噻 吩 衍 生 物 的 应 用广泛，在材料科学领域备受 关 注。到 目 前 为 止，主 要 的 制 备 方法有电化学聚合［３］和化学聚 合，另 外 还 有 气 象 沉 积 法 、激 光 促 进 合 成［４］、微 波 辐 射 法［５］、微 乳 液 制 备 法［６］等 一 些 特 殊 的 制 备方法［７］。本研究 主 要 是 在 不 同 条 件 下 制 备 聚 噻 吩 ，并 对 其 进行表征及性能 分 析，为 进 一 步 探 讨 它 的 光 伏 性 能 及 在 电 池 中的应用。
（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ＭＯＥ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，
关 键 词 聚 噻 吩 ，化 学 聚 合 ，导 电 性 能 ，吸 收 光 谱
Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ
Ｈａｎ Ｙｏｎｇｇａｎｇ Ｗａｎｇ Ｈａｉｙａｎ Ｃｈｅｎ Ｒｕｉｃａｎ Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｃｈａｏ Ｙｅ Ｆａｎｇｄｅ Ｌｉｕ Ｗｅｉ
Ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．１ ·８０·
化 工 新 型 材 料 ＮＥＷ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ
第 ４１ 卷 第 １ 期 ２０１３ 年 １ 月
化学氧化聚合法制备聚噻吩及其表征
韩永刚 王海燕＊ 陈瑞灿 张家朝 叶方德 刘 伟
（郑州大学物理工程wk.baidu.com院材料物理教育部重点实验室，郑州 ４５００５２）
摘 要 在不同温度、浓度、反应时间下通过化学氧化聚 合 制 备 不 同 的 聚 噻 吩 样 品。用 扫 描 电 镜 对 样 品 形 貌 进 行 了 表征，分析不同反应时间、不同试剂浓度下样品的形貌。再通过 Ｒａｍａｎ光 谱，ＸＲＤ，分 光 光 度 计 等 技 术 进 行 表 征。结 果 表 明，不同的制备条件影响到聚噻吩的形貌及性能，温度的不同对形貌影响较大。通过对吸收光谱的研究可 知，随 着 反 应 温 度的增加，吸收峰值在变大，但光谱吸收范围在变小。浓度对样品的颜色及合成效率都有影响，反应时间超 过 某 一 数 值 时 就不再影响聚噻吩的合成。
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅｍ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＸＲＤ，Ｒａｍａｎ ａｎｄ ＵＶ－ｖｉｓ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｅｆｆｅｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｏｒｍｓ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈａｄ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌｙｔｈｉｏ－ ｐｈｅｎｅ．Ｉｔ ｉｓ ｋｎｏｗｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ ｗａｓ ｅｎｌａｒｇｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂｕｔ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｈａｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｄｏｎｅ ｎｏｔ ａｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ ａｓ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｅｘ－ ｃｅｅｄｅｄ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｖａｌｕｅ．
１ 实 验 部 分
氯仿、盐酸、无水 氯 化 铁、噻 吩、乙 腈 等 药 品 均 为 分 析 纯 ， 且未进一步提 纯，配 制 溶 液 和 洗 涤 过 程 中 均 用 去 离 子 水 。 实
验仪器在实验前后均倒入稀盐酸静置１０ｍｉｎ，然后用去离子 水 清洗。
样品测试中，扫描电 子 显 微 镜 测 试 使 用 ＪＥＭ－７００ 场 发 射 扫描 电 镜 （日 本 ＪＥＯＬ 公 司 ）；拉 曼 光 谱 表 征 使 用 ＲＥＮ－ ＩＳＨＡＷＲＭ２０００显微拉 曼 光 谱 仪 （英 国 Ｒｅｎｉｓｈａｍ 公 司 ），激 光波 长 为 ５３２ｎｍ，功 率 为 ２５Ｗ；ＸＲＤ 采 用 荷 兰 帕 纳 特 公 司 的 ＡＲＬ 型 号 Ｘ 射 线 衍 射 仪；ＵＶ－３１５０ 型 ＩＲ－ＶＩＳ－ＵＶ 分 光 光 度 计。