三氟化硼乙醚混合电解质中高性能导电聚合物的电合成

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导电聚合物的电合成主要是在有机溶剂或水溶液中进行。在这些介质中一些芳香族单体由于氧化电位高无法聚合或所得聚合物性能差。三氟化硼乙醚溶液能够有效降低系列芳香族单体的氧化电位并获得高质量的聚合物膜。本论文在三氟化硼乙醚与强酸或醇形成的混合电解质中进行了噻吩、苯衍生物以及吡咯的电聚合,并对聚合物进行了表征。 1.在三氟化硼乙醚—三氟乙酸或浓硫酸混酸体系中进行了3-氯噻吩、苯并噻吩、甲苯、溴苯等的电化学聚合。这是首次将三氟化硼乙醚—强酸混酸体系应用于聚噻吩衍生物的电合成。这些单体在中性溶剂中均难以聚合,或只得到粉状材料。结果表明3-氯噻吩在该体系中能够聚合并获得质量较好的聚(3-氯噻吩)膜,电导率为10-1~100S/cm。三氟乙酸的加入明显提高了聚(3-氯噻吩)膜的质量。苯并噻吩在三氟化硼乙醚—三氟乙酸中电化学聚合获得聚(苯并噻吩),掺杂态时为不溶的黑色膜,而去掺杂态时则可溶于极性有机溶剂。该聚合物具有荧光性能。甲苯在该体系中能够聚合获得聚甲苯膜。 2.三氟化硼乙醚与醇混合能够形成质子型电解质,主要导电离子为醇与BF3形成的络合物ROBF3H电离生成的ROBF3-和醇的共轭酸ROH2+。吡咯在该体系中电化学聚合能够获得高质量的聚吡咯膜,其性能(~102S/cm,40~60MPa)优于醇—其它电解质体系获得的聚吡咯膜(10-2~100S/cm,易碎膜),与水溶液或乙腈溶液中制备的聚吡咯膜性能接近。这是首次在醇溶液中获得高质量的聚吡咯膜。 3.对掺杂态聚(3-甲基噻吩)和聚(3-氯噻吩)膜的拉曼光谱及电化学研究表明:在聚合反应的初期,聚合物的掺杂程度几乎为零。在电化学生长过程中,膜与掺杂程度随着膜厚度的增加而上升并达到一个最大值。取代基的不同影响聚噻吩衍生物的最大掺杂程度,其中给电子基团甲基的取代有利于高掺杂程度聚噻吩的电合成。自由基阳离子和双阳离子作为电荷载流子在聚噻吩中可以同时共存,其浓度随着聚合物膜厚度的变化而变化,其中聚(3-甲基噻吩)中主要的电荷载流子为双阳离子,而聚(3-氯噻吩)中则主要为自由基阳离子。
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