[發明專利]一種在半導體納米纖維中可控制備導電高分子的方法

無效

• 申請號: 201110278471.5
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102418170A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 盧曉峰;邊秀杰;王策
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: D01F8/18
• 分類號: D01F8/18;D01F11/00;D06C7/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于多功能復合納米材料的可控制備技術，具體涉及一種利用簡單的高壓靜電紡絲及原位氣相聚合技術在半導體納米纖維中可控制備導電高分子的方法。

背景技術

導電高分子是一類重要的功能塑料，具有優異的電學性能，可逆的酸/堿及氧化/還原摻雜/脫摻雜性質，有望在高性能納電子器件、電化學催化及氣體傳感等領域得到廣泛應用，因此從開始出現就引起了科學家們的廣泛關注。導電高分子可以通過化學氧化聚合方法來制備，通常使用的氧化劑主要是過硫酸銨和三氯化鐵。近幾年，人們利用二氧化錳、二氧化鈰和五氧化二釩等具有一定氧化性的金屬氧化物為模板及氧化劑制備了一系列導電聚合物微納米結構。二氧化鈦作為典型的n型半導體，由于其良好的環境友好及環境穩定性，在光催化及氣體傳感、濕敏傳感等方面有較優異的應用前景。目前有許多科研工作者致力于將二氧化鈦與導電高分子復合在一起，并期望通過兩種物質的協同效應使復合物具有更優異的性能(Progress?in?Polymer?Science，2011，36，671-712)。但是如何簡單并且可控地實現二氧化鈦與導電高分子的復合變得越來越重要。

最近二氧化鈦和導電高分子復合材料的研究逐漸引起人們的注意，這是因為導電高分子和二氧化鈦納米復合材料不僅會結合兩者優異性質于一體，而且可能由于兩者之間的協同作用產生兩者都不具備的一些新性質。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單有效地利用高壓靜電紡絲及原位氣相聚合技術在半導體納米纖維中可控制備導電高分子的方法。

我們采用簡單的高壓靜電紡絲技術與原位氣相聚合相結合的方法成功地制備了二氧化鈦基復合材料——二氧化鈦和導電高分子復合納米纖維。這種材料的創新性為其組分即二氧化鈦與導電高分子較好的復合在一起，整體以納米纖維的形貌存在。該方法簡單易行，生產成本低，易于推廣。

利用高壓靜電紡絲技術和氣相聚合方法制備二氧化鈦和導電高分子復合納米纖維，其包括如下步驟：

A.配制半導體前驅體溶液，利用靜電紡絲技術制備半導體前驅體纖維膜；然后將該纖維膜在馬弗爐中于空氣氛圍下400～600℃焙燒2～4h，即可得到金屬氧化物基復合半導體納米纖維；

B.將步驟A獲得的半導體纖維0.04～0.4g預處理后放于真空干燥器中，并將導電高分子單體一并置于其中，室溫真空條件下反應2～4h；然后將所得產物離心分離，用水和乙醇分別洗滌，干燥后得到二氧化鈦/導電高分子復合納米纖維。

進一步地，步驟A中配制半導體前驅體溶液，是將0.1～0.5g的鈦酸丁酯或氯化錫或氯化亞錫和0.01～0.1g具有氧化性的金屬鹽溶解在2～6g乙醇和1～3g二甲基甲酰胺組成的混合溶劑中，然后加入0.2～1mL乙酸和0.4～1.0g聚乙烯基吡咯烷酮(分子量為130萬)，室溫攪拌1～4h制備而成。

具有氧化性的金屬鹽為乙酰丙酮氧釩、硝酸亞鈰、無水硝酸鐵、醋酸錳中的一種，反應后其相應的金屬氧化物為五氧化二釩、二氧化鈰、三氧化二鐵和四氧化三錳；

步驟B所述半導體纖維的預處理，是將半導體纖維暴露在質量濃度為36％～38％的濃鹽酸或質量濃度為65％～68％的濃硝酸等具有揮發性的強酸氣氛下進行活化0.5～2h。導電高分子單體為苯胺、吡咯或噻吩中的一種。

本發明的機制可做如下理解：

金屬鹽與鈦的前驅體混合成的纖維膜在空氣條件下煅燒即可的到金屬氧化物與二氧化鈦復合纖維。半導體復合纖維中的金屬氧化物具有一定的氧化性，在酸性條件下可使導電高分子單體氧化聚合，故將半導體復合纖維在酸性氣體中活化一定時間后，再將其暴露在導電高分子單體的蒸汽中，導電高分子便會在金屬氧化物存在的位置原位生成，金屬氧化物則被還原為可溶性的低價金屬鹽被洗掉，并且所得產物仍保留纖維形貌(如圖1，圖2所示)。

附圖說明

圖1：為實施例3制備的二氧化鈦/聚吡咯復合納米纖維產物的掃描電鏡照片；

圖2：為實施例3制備的二氧化鈦/聚吡咯復合納米纖維產物的透射電鏡照片；

圖3：為實施例3制備的二氧化鈦/聚吡咯復合納米纖維產物的紅外圖譜；

圖4：為實施例2得到的二氧化鈦/五氧化二釩復合納米纖維與實施例3所制得的二氧化鈦/聚吡咯復合納米纖維產物的紫外-可見吸收光譜，插圖分別為兩者的光學電子照片；

圖5：為實施例2得到的二氧化鈦/五氧化二釩復合納米纖維與實施例3所制得的二氧化鈦/聚吡咯復合納米纖維產物的X射線衍射(XRD)圖；