聚苯胺：一种重要的导电聚合物材料

聚苯胺：一种重要的导电聚合物材料

聚苯胺（Polyaniline，简称PANI）是一种具有重要应用前景的导电聚合物材料。自20世纪90年代以来，聚苯胺因其独特的电学、光学和化学性质而受到广泛关注。本文将详细介绍聚苯胺的结构特性、导电机理以及具体的制备方法。

特性

聚苯胺的电活性源于分子链中的π电子共轭结构。随着分子链中π电子体系的扩大，π成键态和π*反键态分别形成价带和导带。这种非定域的π电子共轭结构经掺杂可形成P型和N型导电态。

与其它导电高分子不同，聚苯胺的掺杂机制不涉及电子数目的改变。在掺杂过程中，质子酸分解产生的H+和对阴离子（如Cl-、硫酸根、磷酸根等）进入主链，与胺和亚胺基团中的N原子结合形成极子和双极子，并离域到整个分子链的π键中，从而赋予聚苯胺较高的导电性。

这种独特的掺杂机制使得聚苯胺的掺杂和脱掺杂过程完全可逆，且掺杂度受pH值和电位等因素的影响。这一特性还表现为聚苯胺外观颜色的变化，使其具有电化学活性和电致变色特性。

制备方法

聚苯胺的制备通常采用化学氧化聚合方法。以下是具体的制备步骤：

1. 原料准备：使用分析纯的苯胺、过硫酸铵、盐酸和无水乙醇作为原料。

2. 苯胺预处理：

• 将100g苯胺加入盛有40g无水氯化钙的锥形瓶中剧烈震荡，静置24小时以吸收水分。
• 蒸馏装置调好后，将苯胺倒进蒸馏瓶，加入15g锌粉防止氧化，加入25g沸石防止暴沸。
• 开始加热并调节加热速率至5℃/min，加热温度控制在183～185℃，收集无色油状馏分。
• 当蒸汽温度剧烈波动时停止加热，待装置冷却后取出馏出液，进行二次蒸馏。
• 最后将经二次蒸馏的苯胺转移到棕色瓶中，在阴暗处保存。

3. 原掺杂态聚苯胺的制备：

• 配制浓度为1mol/L的盐酸水溶液。
• 将预处理后的10ml苯胺单体溶于240ml含氯化氢质量分数15％的盐酸溶液中，并转移至三颈瓶，搅拌均匀。
• 称取与苯胺单体摩尔比为1∶1的过硫酸铵(NH4)2S2O8)溶于250ml盐酸中，并转移至滴液漏斗。
• 将过硫酸铵(NH4)2S2O8)的盐酸溶液缓慢滴加到三颈瓶中，溶液颜色会从无色透明变为浅绿-浅蓝-深蓝-紫红。
• 滴加1.5小时后继续搅拌反应5小时，停止反应，抽滤。
• 将滤饼依次用含氯化氢质量分数15％的盐酸溶液、无水乙醇反复清洗至无色，最后在333K下真空干燥24小时，得到墨绿色原掺杂态聚苯胺(PANI)粉末。

参考文献

CN102504248B