[发明专利]混合溶剂体系中快速制备聚噻吩的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚噻吩的制备方法，特别是一种混合溶剂体系中快速制备聚噻吩的方法。

背景技术

聚噻吩作为一种重要的结构型导电高分子，由于分子链中存在π共轭结构，既可以用作电子给体，也可以充当电子受体，具有优良的电子转移特性，因而在光电器件方面的应用前景广阔。目前合成聚噻吩的途径主要有电化学聚合、金属催化偶合反应和化学氧化聚合等，其中通过化学氧化聚合制备聚噻吩与其他方法相比具有操作简单、易于大量制备、可控因素较多等特点而被广泛采用，为后续研究提供了必要条件。但是，目前化学氧化聚合方法使用的聚合介质有2大类型，一种是采用氯仿、乙腈等有机溶剂作为反应介质，这种体系有毒有害，对人体以及环境造成较大的影响；另一种采用水作为反应介质，减少了有机溶剂对环境的污染，是近年来研究的热点方向。但是由于噻吩在水中不能溶解，因此需要采用表面活性剂来帮助噻吩单体在反应介质中的均匀分散，这就使得聚噻吩产物的后处理周期延长，并且表面活性剂不容易完全去除，从而对聚噻吩的光电响应性能产生不同程度的影响。因此采用化学氧化聚合法制备聚噻吩时，选择合适的溶剂与相应的氧化剂来促进环境友好性、简化后处理过程、提高生产效率具有重要的研究意义和实际应用意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合溶剂体系中快速制备聚噻吩的方法，该方法采用以水为主的混合溶剂体系作为聚合反应介质，一方面实现噻吩单体与氧化/催化剂体系在混合溶剂中的完全溶解，避免毒性有机溶剂的使用，具有环境友好性；另一方面摒弃表面活性剂的使用，通过调节混合溶剂的组成实现自乳化使噻吩得以溶解。而所选混合溶剂体系对产物聚噻吩难以溶解，因此，聚合生成的产物可以自动从混合溶剂体系中沉淀，经过抽滤、去离子水和乙醇洗涤、烘箱干燥后，即可得到不含表面活性剂的聚噻吩粉末，从而简化了后处理过程。反应过程中采用氧化/催化体系实现噻吩的化学氧化聚合，降低反应体系活化能，从而缩短聚合反应时间，提高效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种混合溶剂体系中快速制备聚噻吩的方法，该方法通过氧化/催化体系使噻吩氧化聚合形成聚噻吩，其特征在于该方法中所用的溶剂是由两种或者两种以上能够互溶的溶剂组成的混合溶剂，其中第一种为噻吩和氧化/催化体系的不良溶剂，第二种为噻吩和氧化/催化体系的良溶剂，并且该混合溶剂是产物聚噻吩的非溶剂。

上述的混合溶剂中第一种溶剂为水；第二种溶剂为醇类、醚类、酮类、酸类、酰胺类、亚砜中的至少一种。

上述的第二种溶剂为：乙醇、丙酮、乙酸、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜等其中的至少一种。

上述的氧化/催化体系采用对噻吩具有化学氧化聚合作用，而其本身及其氧化还原产物对整个反应体系不产生阻碍反应作用，并且始终能溶解在混合溶剂体系中。

上述的氧化/催化体系为过氧化氢体系或过硫酸铵体系。

上述的过氧化氢体系为H₂O₂/CuCl₂、H₂O₂/CuSO₄、H₂O₂/Cu(NO₃)₂或H₂O₂/FeCl₃。

上述的过硫酸铵体系为 (NH₄)₂S₂O₈/CuCl₂、(NH₄)₂S₂O₈/CuSO₄、(NH₄)₂S₂O₈/Cu(NO₃)₂或(NH₄)₂S₂O₈/FeCl₃。

      上述的混合溶剂体系中快速制备聚噻吩的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将噻吩单体和氧化/催化体系按一定的摩尔比完全溶解于混合溶剂体系中，形成稳定的无色透明混合溶液；搅拌下回流反应至溶液颜色从无色透明逐渐变为黑色并产生沉淀，最终沉淀物经抽滤、去离子水和乙醇混合液洗涤、烘干，得到黑色聚噻吩粉末。