聚吡咯对五氧化二钒干凝胶插层行为研究

五氧化二钒

第!!

卷第夕牛!#月

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陶瓷学报

1

2

3

4

,

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文章编号 7 8!!!一

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聚毗咯对五氧化二钒干凝胶插层行为研究李遭陈文朱泉=浇,

;武汉理工大学材料科学与工程学院 ! 9< !摘要

本文采用分散直接插层法使聚毗咯; 6ΑΧ点氮气吸附法; Β (Δ

>

1<嵌入五氧化二钒;,

!

<凝胶层间并通过。

?

?射线衍射;

/ <红外光谱;+一/<和多、,

<等测试手段对其进行分析证明了 6。,

>

确实进入了五氧化二钒;Ε必<干凝胶的层间为不溶性导电高聚物

的插层提供了一条新的途径7关键词 66>从 !,

,

插层干凝胶9ΓΗ7文献标识码 )

中图法分类号

7

Β

Φ 89

0Β& >% ( 66>/(+ & (, % ( 1/(Β , ) )Β/% ( , 335&Κ 5Ε门

必

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卜白 1Κ

ΛΔ

Μ

, 33始产日。Ν

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Μ

ΛΟΚ

ΘΡΠ Σ

2ΤΒ 5 5ΛΚ 2 3Υ 2

Σ ! ! 9 !<,

) ΘΡΠΟ,Ρ

ΒΛ5 62 3ΩΣΟΠ5Κ 2Ε 5

5Π一 2Κ

ΥΠ

ΟΚ 5

Κ Ρ5ΠΞ

Ο3Ο

2Ρ

Κ

52

Ω 62Ο

ΜΚ

=Θ

52

ΘΚ 5Ω 6Π Υ 62 3Σ6ΣΠΠ 2 3Θ

ΟΘΟ

ΥΜ 5ΘΡ,

ΟΚ

=Ω

ΕΟΚ= ΜΟ 5ΡΛ 2

Ω

65ΚΡ2Ψ = 5ΜΘ 5一/Β

ΟΘΟ 52

Λ2ΘΡΜΚ=

3ΤΜ

Κ 5Ρ ΚΟ 2 5 3一

3ΩΚ

ΟΡΠ 3 5ΟΘΟ Μ

ΘΚΖ Λ 6ΠΩ[ ΥΡ 2

2 663 5ΟΡ

ΚΘ

ΚΩ

ΟΚ

5=ΚΣΤ 3Θ 3ΡΛ Θ 6Ο 65Π4

ΟΚ 5Ζ5ΡΠ 5 5∴

=ΘΖΟΘ,

=Ρ2ΟΚ=

Ω 62

ΡΛ 5

62Τ2

3Σ6ΣΠΠ 2ΜΚ=Π

ΟΕΔ

=

Ω

65ΚΡ2Ψ

=

5

ΚΟΚ 2 52Κ Ρ5ΠΞ

Ω

62Θ

Ρ 5

4

Β

Λ5

ΚΟΚ 25 2

Ω

62ΘΠ5

Ρ 52Υ

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ΟΘ 5ΛΟ2Τ1Δ

ΟΠ4

= Σ?

+Β

ΡΑ Β (Δ/Χ

Ζ

ΟΘ5

ΡΛΟΡΡΛ 5 6 6>

5ΛΟ ΘΚ

5Ζ,

Π5

Ο3 5ΡΟ

Ο=Ζ ΡΛ ΚΡΛ 5 ΚΡ5Π3Σ5Π

%0

]ΣΖ 2

=

Θ7

6 6> 1%,

0,

Κ Ρ5ΠΞ

Ο 3Ρ ΚΨ 5Ο 2

2ΠΥ5 3

ΕΔ2

Θ

具有半导体特性和层状结构、

,

有利于离子,,

8

前

言

传输在聚合物电解质中化学性能稳定具有很好的铿离子注入退出可逆性和较大的电荷储存密度是‘

,

有机聚合物一无机层状氧化物纳米复合材料是近十几年发展起来的新型材料有别于传统的复合材料它是异质异相不同有序列的材料在纳米尺度上的设计和复合从而呈现出新的结构和性能为研制,,,、、

一种理想的主体材料、、

。

,

相对于其他导电高聚物而

言

,

6 6>,

具有易于合

成导电率高良好的热稳定性等优点因而引起了科学家们的极大兴趣。

目前国内外科学家对。

6

>

的插

高性能的新材料和现有材料性能的改善开辟了一条新的途径并成为世纪之交材料科学中最为活跃的研_ 8究领域之一⊥7。,

层多采用单体预插层法的方法即预先把毗咯单体嵌

入子

1 !66>

。

层间

,

然后使单体在层间聚合成交联的高分。

,

_从而构成纳米微结构/

这种方法具有反应

收稿日期 ! !续 !Γ 8 ! 7 7基金项目国家自然利学基金项目;编号作者简介李澄男硕士生4

一

一

!89

!

Γ

<和教育部重点项目;编号

7

!88Γ

<

7

,

,

五氧化二钒

《瓷学报》! ! 年第陶

期

时间长工艺流程烦琐复杂条件苛刻产物多且难于8控制等诸多缺点⊥ 。

、

、

、

米复合材料的Η一;光谱Θ=:

。

其中从 7干凝胶主要有,

+

个低波数方向的特征吸收谱带分别对应&,

一

1

一

&

因此本文采用了分散直接插层法对层,

6 >

进行插矶。

的对称伸缩振动 )),二

厂+# 7ΦΑ

一‘

、

反对称伸缩振动,

即将合成好的小分子 6。

>

球磨

、

筛选后与

Υ

Ο 9ΓΜ

6

溶胶在一定温度下高速搅拌

7 ΜΦ

」

。

ΡΦΑ3一

‘

、

&Υ (

双键的伸缩振动 ),

产。

Υ

加入 .

热处理后振动模式发生了很大变化 +: +

。

实验 %

在

77 。

Μ

Φ

到0 7

Μ

Φ

Λ

之间出现了:个&,

..3

的特二二

征峰原料& (。

同时,

干凝胶对应的。

0 ),

一。一&二

0

和。

)&一 1一 0 向高波段方向移动%

其中+9#,

0 )

一1一

0由双

为分析纯 ) ,

+,

化学试剂粉末毗咯单体,

ΟΑΡ 9 6Φ )0

移动到

9Π 7Μ

Α

Φ‘

一

,

且谱带强度减弱Μ

为化学纯的无色液体见光或暴露空气中会变成棕色。

一1一0

则由+# 7ΦΡΑ

增大到0 1 、

Φ

一。

而Α

&Υ 1一

键的伸缩振动向低波数方向移动.尸/ 0丫+刃纳米复合材料的制备

由,

7

Φ

‘

移动个低

到

77

Φ

一,。

由此可知

,

干凝胶对应的这&Υ 7

:

采用熔融淬冷法和化学界面氧化法分别制备稳

波数方向的特征吸收谱带的飘移

双键伸缩振

定的棕红色

0 1

2

5溶胶和小分子的导电 . 3薄膜4+一

。

将制备好的黑色 . 3薄膜球磨 6 个小时后按一 7 .定配比称取适量的 .使其溶于水与丙酮体

积比为 3 8

的混合溶液中 9℃下磁力搅拌 7。

。

:

一

+

个小时得到,

俪一仍付“。公彩衬补孵沙嘴

娜彻厂

α

分散均匀的悬浊液在继续搅拌的同时缓漫滴入适量的&搅拌:

7#

+

溶胶直至其完全由棕红色变成墨绿色继续。,。

,

个小时该墨绿色溶胶不稳定在 个小时内 7上分侧、沪

Ξ

形成了墨绿色凝胶将该凝胶浸泡于丙酮溶液中保护天后取出0; 。

于

7,

℃下抽真空干燥 个小时得到 7、

乌飞了 Θ

,

甲

华尸护小小

峪%

沪玲

更 7 7

王 7) +

7 7

7

2ΨΩ兀

. ) .3 :%

7

+

干凝胶刮下研磨

。

鞠,

妙几Β峨。件】

Ω

)。砚李

测试条件<=>

测试是在日本产>/? <,

一

型<射线衍,

图;

0Γ

必千凝胶插层前后的旧光谱

+

射仪上进行的器Ο,

实验条件是,

8

Α%

Β

Χ7

Δ

辐射。

石墨单色

)Δ& (干凝胶Ζ ) )即 3 ; [ 0ΗΚ∴ ;=Γ .Μ%

(

。

复合材料). .3 0必,+

Μ

ΝΘΔ

(]

0

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,

:(Φ

扫描速率为 7

/

Γ

刃

+

⊥ΜΘ(

∴

Μ

ΛΔΤ _

ΤΔΤ ( 1Φ

Ν .(ΓαΜ

Κ (ΜΝΗ=Ι;光谱测试是在美国 ΑΛ公司产的

于Γ<Π型傅立叶变换红外光谱仪上进行的样品采ΘΑ用Χ压片法测试范围为# 7一# 7 7 7Φ分辨率为ΠΛΡ,,

。

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#

Α

Φ

一‘,

测试温度为 ℃+ΣΜ。

。

币

在美国麦克

Κ 7而Τ :Ο

0 2

型比表面积测试仪1乌) Ψ

测定试样氮气吸附容量:

厦 〕ΛΓ

、β定&即、χΦ[(

” )。、

β脚“ 曲[

。

八倪顶

实验结果及分析%%

图 0

+必干凝胶氖代水前后的旧光谱

。 + )Δ& 7干凝胶Ζ山 氖代水后的 0 7干凝胶

一: 红外光谱 )Η丁;= 分析

Η ;=+

Γ .ΜΜ

ΝΘ (Δ]

0

必

8

⊥ΜΘ(

∴

Μ

ΛΔ

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+

⊥ΜΘ(

∴ΜΛ

图

为热处理后的

0 7

干凝胶及 ) . 3 从 7纳,+

ΝΘΜΔΜ _δΚΝε>Ν

必

五氧化二钒

陶《瓷学报》 ! ! 年第

期

动向低波数方向移动是由于 6。,

>

和

1 ! 1

。

层之间存!。

在着氢键为了证明该观点我们分别对6和;Εβ

卫

干凝胶

6><

1/必纳米复合材料作了氖代水实验Δ;发现在氖代水前后纯 1 2<Ο。

。

凝胶在插层前后均保持规整的层间排列结构因此可通过?一射线衍射来判断聚合物分子插

层前后的层间距的变化由于闭,,。

Ε%

Δ

0

由图%

干凝胶的Δ

图=4

为热处理后的 1。

Δ

%

0

干凝胶和;6 ><矶!干8ε4

均出现在,

8!

Ξ

χΩ处‘

,

6而氖代水后; 6></ 1##Ξ3Κ一8

%

0

凝胶的? 图谱面的大至66> 8Γ :

纳米复合材料的光谱图中Ε二 2在8。

处

。

由此1 2ΔΘ

可知当 6>掺入后;! ! 8<Κ 8:Ω增值明显增加由未掺入 6>时的由图,

得以证明在;>从。纳米复合材料中Ε二 !双键 6<的伸缩振动向低波数方向移动是因为66>

Κ 9Ω。

,

说明采用分散直接插层法可以使。

和

进入从。干凝胶层间

同时发现加入 6>后的,

之间存在着Ε% 4二

…δ单元

8Γ⊥

。

干凝胶所对应的;! !<面的峰明显宽化 86 6>

表明掺杂

4

?身线衍射分析寸

后的凝胶薄膜的结晶程度降低,

。

并且随着 6>,。

:吞

溯咖姗、今袄愉洲衬沈当热丫

含量的增加;! !<晶面的衍射峰消失说明 66>进入层间使层间距增大,轴的结晶度降低,,4

液氮吸附旧 丁<分析。、。

热处理后试样从吸附曲线如图 所示;;<<Ο ΟΥ 宜型吸附特征曲线试样均具有典型的层状ΚΩΜ的前半段上升缓漫呈向上凸的形状后半段发生急剧,

蕊

7。。

的上升并一直到接近饱和蒸汽压也未呈现出吸附饱和现象。

,

该现象主要是由于发生了多层吸附认为孔,,

,

径范围是由小到大没有尽头所以由毛细孔凝聚引起

沙图1

α

的吸附量的急剧增加也就没有尽头曲线向上翘且呈

现不饱和状态Υ为 耐ΧΞ,

。

同时发现</ 18

Ε 2Δ

Δ

ε

干凝胶的最大吸附量8 4

必干凝胶插层前后的?射线衍射干凝胶Κε

远大于;6 >>

2

。

复合材料的,

,

Ω今Υ

。

<Ο;巩!+ Υ4

6 1向; 6></

Δ

%

。

干凝胶Ψ 5Π2

由此知 6Π5

确实嵌入从 !干凝胶层间即采用分散>

2?一ΠΟ= ΤΠΟ 5Ρ ΤΣ

6甜5ΠΚΘ 2 1ΤΡΤ5Π ΡΚΓ

%Δ

Υ 5 3 5Τ2

直接插层法制备的;6层状结构。

<从。复合材料也是标准的

、

ΘΚ=Ο

,Π

Ο3Ο

2Ρ Κ

包;》

尸九袅旅[

γ

二号考书φ毛

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沪护尸尸。

Ξ

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鸣

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图#姚7Ζ

+

干凝胶插层前后的Π 丁曲线

Δ )从。干凝胶Η # Δ

伪 ) +

. 3 叽 1干凝胶 8

_Γ (Θ .ΝΚ(

Τ

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(

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必

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Μ

Λ

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_

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+

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五氧化二钒

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《瓷学报》 ! ! 年第陶

期

+

4

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4

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4

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ΞΡ 2ΞΠ

Λ5

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Κ

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Λ

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7

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+

(

Ο∴

Δ

4

利用高分散插层法能够将不溶的导电聚合物66>

ΛΔ

ΟΚ

Υ

ΚΟ=

Δ=

φΖ

5

Υ

Κ/

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2Ρ

Κ

2

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嵌入到 1必干凝胶层间制备成;66><从!纳7,

,

6;一Λ 5贝5 5 贝5 5 ΚΚΕΚΚ<Κ8##,

ΣΟ

Π 5

2 33」,Λ .γ )Ω 54

4

2 0

Ξ

4

,

88 ,

7

Γ

#一Γ4

84

米复合材料同时发现 6。

>

和

Δ 1 2

Θ

干凝胶层间存在Γ

沙兆林戴青云化学氧化法合成聚毗咯薄膜化学研究与应用4

氢键的连接,

,

说明 6>与氧化物层存在着强烈的作。

,

8##:

,

8!,

7

一4

用必然将导致其结构发生变化

δ

ΟΚ℃〕

=δ

4

6

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Κ

Υ

,

Α

4

,

4

ΕΟ

5

,

Α

‘

2

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ΚΟ

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2

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参考文献9

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5

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2

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4

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