本文關鍵詞：聚吡咯及其復合材料的制備及性能研究

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【摘要】：導電聚吡咯(PPy)由于其導電性高、生物相容性好、環(huán)境和熱穩(wěn)定性優(yōu)良、合成方法簡單等特性,普遍應用在儲能設備(鋰離子電池和超級電容器)、吸附材料、化學傳感器、生物傳感器、壓力傳感器、各種生物醫(yī)學器件、生物材料、防腐劑涂層等領域。通常,電化學和使用化學氧化劑是制備聚吡咯最主要的方法。雖然這兩種方法各有優(yōu)勢,但是在實際的合成和應用過程中還存在一些不足。較突出的幾個問題是電化學制備效率太低,且容易產(chǎn)生低分子量的聚合物;化學法制備聚吡咯的產(chǎn)率和電導率也受多種因素的影響;與其他材料復合也存在一定困難。針對這些不足,對聚吡咯合成方法的改進已成為目前國內(nèi)外研究的熱點問題。本論文一方面研究改進和開發(fā)制備聚吡咯的新方法,另一方面通過合理的設計合成路線制備聚吡咯復合材料。全文以聚吡咯的合成為研究主線,通過使用不同的氧化劑,制備出形貌各異且性能優(yōu)良的聚吡咯及其復合材料,并根據(jù)不同的形貌研究其在不同領域中的應用。本論文的主要研究內(nèi)容及成果如下:一、以γ射線輻射空氣飽和的酸性水溶液產(chǎn)生的·OH和H202為引發(fā)劑引發(fā)溶解的吡咯(Py)單體聚合,制備單分散聚吡咯納米粒子。制備的PPy納米粒子顯示出顯著的NIR(808 nm)光熱轉(zhuǎn)化效率(40.1%)。MTT測定和熒光染色測定表明,PPy納米粒子本身的生物毒性很低。體外和體內(nèi)細胞實驗表明,制備的PPy納米粒子表現(xiàn)出足夠強的NIR光熱效應,能夠有效地消融腫瘤細胞。本工作提供了一種綠色和方便的PPy納米粒子的合成路徑,具有成為高效癌癥治療光熱劑的潛在可能性。二、以過硫酸銨為引發(fā)劑,在通過乳液聚合合成的單分散聚苯乙烯(PS)微球的模板上原位合成PPy殼層,隨后將PS模板刻蝕掉,從而制備單分散的樹莓型中空結(jié)構(gòu)聚吡咯微球(H-PPy)。當用NIR激光(808 nm)照射H-PPy微球水分散液時,體系顯示出顯著的光熱轉(zhuǎn)化效應,并且還具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性。喜樹堿(CPT)可以通過簡單的分散-滲透方法負載到H-PPy微球的中空腔內(nèi),其負載效率為0.14 mg/(mg H-PPy)。MTT測定和和熒光染色測定表明,純H-PPy微球具有良好的生物安全性。在H-PPy微球中負載的CPT可以在NIR激光照射下實現(xiàn)顯著的、可控的釋放,并且H-PPy的光熱消融效應和負載的CPT的化學消融效應達到了協(xié)同殺死HeLa細胞的效果。藥物負載能力強、NIR光熱效率高以及合成過程簡便,使得樹莓型中空H-PPy微球可望成為有效的癌癥治療劑并得到應用。三、以GO為引發(fā)劑,在異丙醇水溶液(10%)中,實現(xiàn)GO和Py之間發(fā)生氧化還原反應,合成rGO/PPy復合凝膠。在反應過程中,Py單體充當GO還原的還原劑,GO充當吡咯聚合的氧化劑。復合凝膠的形成,歸因于親水的GO還原成疏水的rGO所造成的親-疏水性轉(zhuǎn)變形成的自組裝,以及PPy和rGO之間的π-π強相互作用。rGO/PPy復合凝膠表現(xiàn)出比電容高、倍率性能好和循環(huán)穩(wěn)定性出色等優(yōu)異的電化學性能。該方法制備的水凝膠材料可用于超級電容器,并為制備聚吡咯復合凝膠材料提供了一種新的方法。四、以KMnO4氧化MnCO3,得到y(tǒng)olk-shell型MnO2為模板和引發(fā)劑制備了 yolk-shell型MnO2@PPy復合微球。不僅聚吡咯的引入提高了材料的導電性,而且這種獨特的yolk-shell型結(jié)構(gòu)還可以有效地緩和體積膨脹-收縮所造成的內(nèi)應力,保護電極免受高速充放電過程中的物理損壞。電化學測試結(jié)果表明該yolk-shell 型 MnO2@PPy 復合微球具有比電容高、倍率性能好和循環(huán)穩(wěn)定性出色等優(yōu)異的電化學性能。該方法制備的電極材料為制備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,循環(huán)穩(wěn)定性的超級電容器提供了一種新方法。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O633.5;TB33

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本文編號：1307129