[发明专利]一种聚苯胺-纳米金复合材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚苯胺-纳米金复合材料的制备方法，属于导电聚合物/金属复合材料制备领域。

背景技术

聚苯胺是一种新型导电高分子材料，因其具有合成简便、电导率可变、独特的氧化还原性以及环境稳定性等特点，在近二十年来的研究中备受关注，在众多科学领域内有着广泛的应用前景。将金属纳米粒子引入聚苯胺形成的复合材料，不仅能使材料同时拥有导电聚合物、纳米粒子的各自优点，还能充分发挥两者性能互补的优势，在协同效应下产生新的性能。其中，纳米金粒子因其良好的导电率和生物相容性，其复合材料已成为纳米器件、生物医学、金属防腐、生物传感器等领域的研究热点。

目前，该类复合材料的制备方法主要有原位还原复合法、原位聚合复合法和层层自组装法等。这类方法在生成纳米金粒子时主要采用将氯金酸（HAuCl₄）还原，这种方法得到的纳米金粒子粒径不易控制，在聚苯胺中的分散不均匀，其生产成本较高，后续纯化费时费力。且目前所报道文献中，聚苯胺与纳米金是通过简单的物理包埋而形成复合材料，没有较强的化学键的作用将两者联系起来，这大大降低了两者材料的协同效应和相互作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电导率高、且有较强化学键连接的聚苯胺-纳米金复合材料的制备方法。

本发明在制备聚苯胺-纳米金复合材料时采用直接共混法，为加强聚苯胺和纳米金的相互联系，在制备聚苯胺的过程中加入邻氨基苯硫酚进行共聚，在聚合后加入纳米金胶，使聚苯胺链上的巯基与纳米金粒以配位键的方式连接在一起，形成聚苯胺-纳米金复合材料。

本发明提供如下技术方案：以纳米金为金源，制备聚苯胺过程中在主链加入巯基基团，在巯基与金的特异性结合作用下，制备聚苯胺-纳米金复合物，包括以下步骤：

a．聚苯胺的制备：苯胺或取代苯胺与邻氨基苯硫酚混合后，在酸性环境下，加入氧化剂进行聚合，经洗涤、过滤、干燥后得掺杂态聚苯胺；

b．复合物的制备：将聚苯胺加入到0.1%~10%的柠檬酸钠溶液中，经过分散处理后，在上述体系中加入纳米金，搅拌1~3h，经过滤、洗涤、干燥后得聚苯胺-纳米金复合物。

一般地，本发明所述聚苯胺-纳米金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在-10℃~20℃的条件下，将氧化剂滴加到苯胺（或取代苯胺）、邻氨基苯硫酚和有机多磺酸混合水溶液中，反应1h~20h后，过滤、洗涤，得掺杂态聚苯胺；

（2）将步骤（1）制备的掺杂态聚苯胺，通过加入氨水、氢氧化钠或碳酸钠进行脱掺杂反应，过滤、水洗除去残留的无机盐，再用丙酮洗涤干净，除去低聚物和副产物，过滤，真空干燥得本征态聚苯胺；

（3）掺杂态聚苯胺分散于水中，使之成为悬浮液，加入0.1%~10%的柠檬酸钠，再加入纳米金胶，反应1~3h，经过滤洗涤后得到掺杂态聚苯胺-纳米金复合材料。本征态聚苯胺-纳米金复合材料由步骤（2）所得本征态聚苯胺按此方法制备。

本发明中所述的苯胺或取代苯胺具有以下分子结构：

其中R1、R2、R3、R4、R5分别可以是—H、—CH₃、—C₂H₅、—NO₂、—SO₃H、—OH、—OCH₃、—F、—Cl、—Br、—I中的任意一种。

所述有机多磺酸为对甲基苯磺酸、萘磺酸、十二烷基苯磺酸之一种或几种混合酸，以及与盐酸进行一定比例混合的混合酸。

所述有机多磺酸或混合酸中所有磺酸基与苯胺单体的摩尔比值为0.1~2.0。

所用氧化剂为过硫酸铵、过氧化氢、三氯化铁、氯酸钾、二氧化锰、重铬酸钾、高锰酸钾、碘酸钾、碳酸酯类过氧化物中的一种或几种的混合物。

所述苯胺或取代苯胺与邻氨基苯硫酚的摩尔比值为0.1~10。

所述氧化剂与苯胺单体的摩尔比值为0.1~2.0。

所述酸与苯胺的摩尔值比为0.1~2.0，盐酸的浓度为0.25mol/L~1.0mol/L。

所述使用的纳米金其粒径为5~200nm，纳米金的重量百分比为0.1%~10%，聚苯胺的重量百分比为90%~99.9%。

所述步骤（3）中可加入高分子分散剂（聚乙二醇20000），使聚苯胺分散均匀，并起到稳定纳米金胶的作用，其重量为聚苯胺总量的0.1%~10%。