不同形貌聚吡咯及其复合材料的合成与电化学应用研究进展

聚吡咯(PPy)具有良好的电荷传输能力,PPy与金属氧化物、硫化物复合材料具有优异的电化学性能。本文综述了硬模板、软模板存在下纤维状、管状、球状等不同形貌PPy的制备,PPy与单金属/双金属氧化物、硫化物可构筑纤维状、管状、球状等不同形貌的复合材料,着重介绍了化学氧化聚合法制备不同形貌的PPy及其复合材料。本文还概述了不同形貌的PPy及其与金属氧化物、硫化物复合材料在超级电容器、锂离子电池、传感器等电化学领域的应用。     

无纺布基聚吡咯柔性电极的储锂性能

高性能的柔性锂离子电池对可穿戴电子设备的发展具有重要意义。采用化学氧化法在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布基材上原位聚合聚吡咯(PPy),并通过控制反应条件得到不同形貌的聚吡咯电极材料。当反应体系中剪切力较小时,得到纳米线状聚吡咯(PPy-NW/PET),反之,为纳米颗粒形貌的聚吡咯(PPy-NP/PET)。PPy纳米线的平均直径为460 nm,在包覆PET纤维的同时相互交叠,形成了三维网状导电通道。该PPy/PET可以直接作为无粘结剂的柔性电极材料。电化学测试结果表明,PPy-NW/PET电极材料的性能更优异,其首次放电和充电的比容量分别为124和98 mA[DK1]·h/g,且具有良好的柔性和稳定性。本文对柔性、轻质电极材料的制备及其在储能领域的应用提供了很好的思路。     

基于静电吸附作用制备PPy/CNTs复合材料

通过添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS), 在碳纳米管(CNTs)表面引入具有静电吸附作用的基团, 使吡咯单体附着于CNTs表面, 然后发生化学原位聚合, 得到了由片状聚吡咯(PPy)包覆CNTs所构成的PPy/CNTs复合材料, 开辟了一条易于工业化生产制备PPy/CNTs复合材料的途径. 所得材料和CNTs借助傅立叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等设备进行了成分和形貌的表征; 并将所得材料组装成电化学超级电容器, 进行了电化学性能测试. 研究结果表明, 加入SDBS后, 吡咯单体能很好地吸附于CNTs表面; CNTs的应用细化了PPy的颗粒, 改善了PPy的导电性能和机械性能, 使PPy/CNTs复合材料呈现出多孔状; 其电化学容量达到101.1 F·g-1(有机电解液), 是同样制备条件下所得纯PPy电化学容量(19.0 F·g-1)的5倍多, 约是所用纯CNTs电化学容量(25.0 F·g-1)的4倍.     

ZnO/PPy异质纳米复合材料的制备、表征及其气敏特性

室温下, 采用原位聚合法, 以吡咯(PY)为单体, 氯化铁(FeCl₃·6H₂O)为氧化剂, 在塑料基片上聚合生长了聚吡咯(PPy)纳米微球. 然后在聚吡咯基片上生长ZnO种子, 将表面种有ZnO种子的PPy元件置于六次甲基四胺与硝酸锌的混合溶液中, 90 ℃水浴中, 在PPy微球上生长了ZnO纳米棒, 合成了PPy/ZnO异质纳米复合材料. 分别通过X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)对PPy/ZnO异质纳米复合材料的结构和形貌进行了表征. 制备了塑料基的PPy/ZnO异质纳米复合材料气体传感器, 在室温下, 对10×10^-6-150×10^-6 (体积分数)浓度范围的氨气进行了气敏测试, PPy/ZnO气敏元件对氨气响应的灵敏度基本呈线性关系, 且对甲醇、丙酮、甲苯等有机气体表现出很好的选择性. 最后, 对PPy/ZnO异质纳米复合材料的形成机理进行了简要分析.     

电化学沉积制备氧化石墨烯/聚吡咯复合材料及其用于超级电容器的研究

本文采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用电化学沉积法制备聚吡咯(PPy)和GO/PPy复合材料并对其作为超级电容器电极材料进行了探究。通过XRD、FT-IR、AFM和SEM对其结构和形貌进行了表征,研究表明:PPy成功在GO片层上生长,并改变了原来PPy类逗号形的形貌,形成了无定形结构的GO/PPy复合材料。循环伏安法(CV)对不同电沉积时间的PPy和GO/PPy电容量进行了测试,发现电沉积时间为17min的PPy和GO/PPy均表现出较优的电容性能。在1A/g电流密度下进行恒流充放电(CP)测试,通过比较发现GO/PPy比PPy的比电容量提高了82. 3%,达到332. 37F/g。     

多棱微米结构聚吡咯(PPy)的可控合成

首次通过化学氧化法将α-环糊精分子/吡咯单体包结物聚合制备得到了一系列具有多棱状微纳米结构形貌的聚吡咯材料。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)结果显示合成的多棱状聚吡咯的微观形貌为各截面边长从2.0μm到5.0μm不等,棱边长约20μm的空心棱柱状结构。合成的聚吡咯的分子结构以红外谱图(FT-IR)进行表征,证实了得到的聚吡咯分子结构中环糊精的存在。最后讨论了多棱状聚吡咯的形成机理。该方法为合成具有特殊形貌的微纳米结构导电高分子材料提供了一种新途径。     

聚吡咯及其复合热电材料研究进展

聚吡咯(PPy)以其环境稳定性好、低毒、可调的导电性等优点,在热电材料研究方面日益受到人们的关注。采用纳米结构导电聚合物或将有机导电聚合物材料与高导电性的碳纳米粒子进行复合制备聚合物/碳纳米粒子复合材料,可以有效地改善其热电性能。本文结合该领域近年来的研究进展,重点讨论了PPy及其复合热电材料的研究结果,对一维纳米结构PPy的制备也进行了论述。     

氢键诱导的聚吡咯/苯磺酸功能化多壁碳纳米管的制备及其电化学行为

采用原位芳基重氮化反应对碳纳米管进行苯磺酸功能化, 进而制备了聚吡咯/苯磺酸化碳纳米管复合材料(PPy/f-MWCNTs), 通过透射电镜(TEM)及扫描电镜(SEM)测试发现, 氢键诱导使聚吡咯成功地包覆在碳纳米管表面. 循环伏安和恒流充放电测试结果表明, 复合材料具有良好的电化学电容性能, 当聚吡咯与苯磺酸化碳纳米管质量比为1:1时, 复合材料在1.0 A·g-1的电流密度下的比容量达266 F·g-1, 而且聚吡咯利用率比未功能化聚吡咯/碳纳米管(PPy/p-MWCNTs)和纯聚吡咯(PPy)提高了1倍以上.     

石墨烯/聚吡咯的添加对磷酸钙骨水泥结构与性能的影响

自然骨具有压电效应,结合电刺激可以促进骨组织生长与修复,因此制备具有导电性人工骨材料尤为重要.本文通过在骨水泥(CPC)固相中添加不同含量的高导电率的还原氧化石墨烯(RGO)/聚吡咯(PPy)复合材料,研究不同含量RGO/PPy的添加对CPC结构与性能的影响.结果表明,添加RGO/PPy复合材料的CPC,其初凝时间和终凝时间都有所减小,但凝固时间均能满足临床使用要求.RGO/PPy的添加对CPC的物相组成没有影响,但对其抗压力学性能、微观形貌、导电性能的影响较大.其中,CPC的抗压力学性能随着RGO/PPy添加量的增加而减小,导电性随着RGO/PPy的添加量的增加而增大.     

聚合溶液pH值对染料敏化太阳电池中聚吡咯对电极结构和性能的影响

电化学合成聚吡咯(PPy)时,聚合电解液的pH值对PPy薄膜的形貌和性质有较大的影响,进而影响PPy薄膜对I-/I3-的电催化活性以及基于PPy对电极(CE)的染料敏化太阳电池(DSSCs)的光电转换性能.本文采用电化学恒电位方法,在掺杂氟的SnO2(FTO)导电玻璃上合成出了对甲苯磺酸根离子掺杂的聚吡咯(PPyTsO)电极,并将其作为DSSCs的对电极.通过改变吡咯聚合时聚合电解液的pH值,借助扫描电镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、X-射线光电子能谱(XPS)和循环伏安(CV)等表征技术,详细探讨了聚合溶液pH值对PPy CE形貌、结构及其对I-/I3-的电催化性能的影响.研究发现在pH 2.0下合成的聚吡咯对阴离子掺杂率最高且链共轭性最佳,具有对I-/I3-氧化还原介质最强的催化能力,基于此PPy CE的电池光电转化效率也最高.pH值太大或太小都不利于生成具有高掺杂率和高催化活性的PPy电极,组装成DSSCs后的光电转换效率也较低.     

石墨烯/聚吡咯纳米纤维超级电容器电极材料的制备及其电化学性能

超级电容器因其具有较高的循环稳定性和较好的能量密度而成为储能器件中的研究热点,其电极材料及制备方法是决定超级电容器电化学性能的关键因素。 本文以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为软模板,通过一步原位聚合法成功地制备了石墨烯/聚吡咯纳米纤维(GR/PPy NF)复合超级电容器电极材料。 通过X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对复合材料的结构和形态进行了系统的表征。 利用电化学方法对GR/PPy NF复合电极材料的电化学性能进行了系统的分析。 结果表明,在电流密度0.5 A/g下,纳米复合材料的比电容量高达969.5 F/g,在充放电600圈之后,仍可保留初始比电容的88%,展示了良好的电容性能及循环稳定性。 GR/PPy NF制备简单,性能优异,是一种很有前途的能量转换/存储材料。     

聚苯胺及其复合物对重金属离子的高效吸附性能

基于国外最新文献,系统总结了近年来聚苯胺及其复合物的制备方法及其重金属离子吸附性能,重点分析了吸附性能特征,指出聚苯胺及其复合物具有吸附下限浓度低、达到吸附平衡快以及解吸附性能优异等特点.填充有聚苯胺颗粒的吸附柱在动态处理初始浓度为83 ng/L的汞离子溶液时,经一次吸附与解吸循环操作后,汞离子的富集倍数可达120倍.应用于冷原子吸收光谱的待测样品的浓缩与富集,可以将汞的测试下限拓展到0.05 ng/L.聚苯胺及其复合物在痕量重金属离子的高效富集与灵敏探测等方面展示了广阔的应用前景.     

MXene的制备及其复合材料在能源光催化领域的应用进展

MXene作为一种拥有层状结构的二维材料,具有良好的吸附催化性能、较宽的光吸收范围、高导热性、高硬度、高熔点、高导电性以及大比表面积等物理和化学特性,在储能、催化、润滑、抗菌、电磁屏蔽等领域有着较高应用价值。本文着重介绍了由前驱体MAX相获得MXene的制备方法,综述了MXene复合材料在光催化固氮、析氢、CO₂还原等能源光催化领域的应用进展。     

Silica–Polypyrrole Hybrids as High‐Performance Metal‐Free Electrocatalysts for the Hydrogen Evolution Reaction in Neutral Media

Constructing inorganic–organic hybrids with superior properties in terms of water adsorption and activation will lead to catalysts with significantly enhanced electrocatalytic activity in the hydrogen evolution reaction (HER) in environmentally benign neutral media. Herein, we report SiO₂–polypyrrole (PPy) hybrid nanotubes supported on carbon fibers (CFs) (SiO₂ /PPy NTs–CFs) as inexpensive and high‐performance electrocatalysts for the HER in neutral media. Because of the strong electronic interactions between SiO₂ and PPy, the SiO₂ uniquely serves as the centers for water adsorption and activation, and accordingly promotes the HER. The metal‐free SiO₂ /PPy NTs–CFs displayed high catalytic activity in the HER in neutral media, such as a low onset potential and small Tafel slope, as well as excellent long‐term durability.     

Chemical modification of rose leaf with polypyrrole for the removal of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solution

The rose leaf was successfully modified through coating with polypyrrole (PPy) in chemical oxidative route in order to remove Pb(II) and Cd(II) from aqueous media. The rose leaf/polypyrrole (RL/PPy) composites were characterized in terms of morphology, chemical structure, and conductivity properties. The spectrum were obtained from FTIR results which support the formation of RL/PPy composites. FTIR and SEM results indicate that the polypyrrole is completely covered on rose leaf. The conductivity of composite (1.8215 S/cm) was higher than polypyrrole (2.06 × 10^?3 S/cm). The metal removal studies were monitored by Ultraviolet Visible Absorption Spectrometer (UV-Vis). The optimum conditions were detected for adsorption by changing some experimental conditions (such as adsorbent dosage, contact time and stirring speed, initial concentration of the metal solutions and pH). Following the determination of the optimum conditions, the results of the metal removal from wastewater studies were performed by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES). Under the optimum conditions, the ICP-OES results obtained for waste water showed the useability of composite for the removal of Pb(II) and Cd(II). The Langmuir and Freundlich models are subjected to adsorption datas. The datas fitted better when by using Freundlich model.     

导电聚苯胺/橡胶复合材料的研究进展

聚苯胺是一种结构型导电高分子,因其特殊的结构和优异的物理化学性能,使它在二次电池、金属防腐、传感器、电容器、电磁屏蔽及抗静电等领域有着广泛而深入的应用前景。本文概述了导电聚苯胺的结构和特性,主要综述了聚苯胺/橡胶基复合材料的制备方法。其制备方法主要有共混法和聚合法,共混法主要有机械熔融共混法、溶液共混法和乳液共混法;聚合法主要包括电化学聚合、原位乳液聚合法、吸附聚合法等,总结了聚苯胺/橡胶基复合材料的研究情况及发展应用。     

金属有机骨架材料MIL-101及其改性材料去除环境污染物的研究进展

目前我国水环境以及空气面临着严峻的污染形势,许多危害人身体健康的污染物亟待治理。 金属有机骨架作为目前新兴的多孔材料,具有高孔隙率、高比表面积、结构可调性以及不饱和金属位点等特点。 这使得金属有机骨架材料具有一定的环境污染物去除能力。 围绕对苯二甲酸铬金属有机骨架材料(MIL-101)及其功能化修饰的改性材料的结构信息展开,总结了材料的主要合成方法,对功能化修饰的方法和原理进行分析,重点分析了这种材料在环境污染物去除等方面的应用研究进展,包括它在重金属离子、农药、抗生素、有机染料、碘离子等污染物的吸附处理领域的应用, 以及在污染物的监测和环境风险预警方面的应用潜力。 指出了材料在制备成本、反复利用次数、污染物后续处理等方面仍然存在的问题。     

基于导电聚吡咯生物电化学传感器的研究进展

导电聚合物具有良好的导电性能,可以作为分子导线使电子在生物活性物质与电极间直接传递,是构建生物传感器的一种新型材料.聚吡咯(PPy)具有导电性、生物相容性、易固定等特点,在传感器中用于固定生物活性物质有着良好的应用前景.该文简要介绍了导电聚吡咯的合成方法及掺杂机理,重点评述了聚吡咯用于固定生物活性物质构建生物传感器的多...     

氨基硅球及其复合材料的合成与金属离子吸附

采用一锅法制备单分散氨基功能化氧化硅球(AFS),再利用水热法合成了AFS石墨烯气凝胶复合材料(AFSGA)。利用X射线衍射、显色反应、扫描电镜、傅里叶红外谱图等手段对AFS和AFSGA进行表征,考察了催化剂用量,有机硅源的种类及硅酸乙酯与硅源的加入比例等因素对AFS的形貌、表面结构与性质,以及对重金属离子吸附性能的影响。采用X射线荧光法测试了AFS和AFSGA对多种重金属离子的吸附特性,二者对Hg_²⁺的吸附量分别为142.3和102.84 mg/g。单分散AFS是一种合成流程便捷,应用经济性优异的吸附材料,而超轻、结构稳定性良好的AFSGA更具有易于回收与重复利用的应用优势。     

Ag/NH2-MIL-125(Ti)的构建及可见光还原水中Cr(Ⅵ)

开发高效、稳定的复合光催化材料是当前环境领域的迫切需求。 本文采用溶剂热协同紫外光还原法成功制备了复合光催化材料Ag/NH₂-MIL-125(Ti),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及X射线光电子能谱(XPS)等技术手段对其形貌、结构及光学性质进行分析,考察了Ag/NH₂-MIL-125(Ti)可见光(λ≥420 nm)催化还原Cr(Ⅵ)的性能,并优化了催化剂用量、Cr(Ⅵ)浓度、空穴捕捉剂种类及用量等条件。 结果表明,在最佳条件下,Ag/NH₂-MIL-125(Ti)具有良好的吸附及光催化还原Cr(Ⅵ)性能,其吸附及光催化还原率是NH₂-MIL-125(Ti)的3.11倍,Ag/NH₂-MIL-125(Ti)特殊的“芝麻饼”形貌以及Ag⁰与NH₂-MIL-125(Ti)之间形成的异质结有助于增强复合材料的光催化还原Cr(Ⅵ)的性能。 同时,通过条件实验,提出了光催化还原过程中主要的活性物种以及Cr(Ⅵ) 的还原机理。 本研究将为金属有机骨架(MOFs)复合材料在可见光催化环境修复领域的应用提供理论依据和实验参考。