聚苯乙烯-b-聚丙烯酸模板剂成核段长度对聚苯胺尺寸及性能的影响

以两亲性嵌段共聚物为模板是构筑导电聚合物纳米结构并对其形貌尺寸进行调控的有效方法之一。 嵌段共聚物成核段长度的变化对其胶束化行为有显著影响,进而也会改变受限于其胶束形貌的导电聚合物的形貌尺寸。 形貌尺寸的变化必然导致导电聚合物电化学性能变化。 本文欲通过嵌段共聚物模板诱导实现对聚苯胺(PANI)形貌尺寸的调控并使其电化学性能得到优化,采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)法成功合成了嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸PS_x-b-PAA₇₀(x=38、64、101)并以其胶束为“模板”制备了窄相对分子质量分布的PANI。 在成核段(PS)长度较短时,模板诱导形成的棒状PANI颗粒,直径为100~200 nm。当 x=101时PANI呈现空间网状结构,其放电比容量高于其它样品,在电流密度为1 A/g时,其放电比容量可达386.71 F/g。     

以PS-b-P2VP为模板剂诱导调控聚苯胺形貌、尺寸及电化学性能

采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合（RAFT）法合成了具有pH响应性的两亲嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚（2-乙烯基吡啶）（PS₁₀₁-b-P2VP₇₀），并以其胶束为"模板"，通过氧化聚合制备聚苯胺（PANI）.通过调节PS₁₀₁-b-P2VP₇₀胶束溶液的pH值，探究PANI颗粒形貌的可控调节及颗粒尺寸与PANI电化学性能之间的关系.利用凝胶渗透色谱（SEC）和核磁共振氢谱（¹H NMR）确定了PS₁₀₁-b-P2VP₇₀的分子量分布及结构；利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）、粒度测试、循环伏安（CV）、计时电位（Chronopotentio-metry）及交流阻抗谱（EIS）对PANI结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明"模板"法合成的PANI形貌尺寸得到了很好的控制，在pH ≤ 4时其尺寸随pH值的增加而减小；当pH=5时，模板剂中P2VP段疏水性的明显增大导致其胶束颗粒聚集为尺寸较大的聚集体，并使其诱导的PANI颗粒平均粒径显著增大；当pH=4时PANI颗粒在溶液中的平均粒径为141 nm，呈"串状"形貌且分散性最好.PANI具有快速充放电能力和良好的赝电容特性，随颗粒尺寸减小样品电化学性能增强.pH=4时样品电化学活性最好，循环伏安曲线面积最大，放电比容量最高，在电流密度为1 A/g时，其放电比容量可达1411.88 F/g，且该样品阻抗值最小.