一种以纳米气泡为模板制备纳米多孔聚吡咯薄膜的方法.pdf

《一种以纳米气泡为模板制备纳米多孔聚吡咯薄膜的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种以纳米气泡为模板制备纳米多孔聚吡咯薄膜的方法.pdf（6页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)授权公告号 CN 101381472 B (45)授权公告日 2011.06.29 CN 101381472 B *CN101381472B* (21)申请号 200810201271.8 (22)申请日 2008.10.16 C08J 9/00(2006.01) C08L 79/04(2006.01) C08G 73/06(2006.01) (73)专利权人 华东师范大学 地址 200241 上海市东川路 500 号 (72)发明人 何品刚 惠飞 方禹之 (74)专利代理机构 上海德昭知识产权代理有限 公司 31204 代理人 程宗德 石昭 CN 1534702 A,2004.10.。

2、06, 全文 . DE 4012009 A,1991.10.17, 全文 . CN 101081897 A,2007.12.05, 全文 . CN 101012309 A,2007.08.08, 全文 . (54) 发明名称 一种以纳米气泡为模板制备纳米多孔聚吡咯 薄膜的方法 (57) 摘要 一种以纳米气泡为模板制备纳米多孔聚吡咯 薄膜的方法， 属于材料制备技术领域。该法利用 电化学产生纳米氢气气泡作为模板和使吡咯聚合 成聚吡咯薄膜， 聚吡咯薄膜聚合成形后， 只需将其 从聚合溶液中取出， 纳米氢气气泡自动逸出， 便可 将气泡模板去除， 制得纳米多孔聚吡咯薄膜， 简化 了传统模板法制备过程中需用。

3、溶剂去除模板的步 骤， 并能避免溶剂对聚吡咯性质的影响。 该法适于 用来制备纳米多孔聚吡咯薄膜， 这种薄膜可在制 备电子器件、 驱动器、 传感器、 超滤膜等方面得到 应用。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 田野 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 101381472 B1/1 页 2 1. 一种以纳米气泡为模板制备纳米多孔聚吡咯薄膜 (4) 的方法， 其特征在于， 具体操 作步骤 ： 第一步电化学产生纳米氢气气泡 (2) 电化学过程采用三电极系统， 以 HOPG 为工作电极 (1)、 铂丝为对电极和参。

4、比电极， 工作电极 (1) 兼作产生纳米气泡的基底电极， HOPG 是高定向热解石墨， 该三电极系统浸 没在每升含 0.01mol 硫酸和 1mmol 吡咯的溶液中， 工作电极 (1) 上加有电压， 该电压介 于 -1.2V -2.0V 之间， 反应时间介于 2s 10s 之间， 工作电极 (1) 的表面产生纳米氢气 气泡 (2)， 纳米氢气气泡 (2) 依附在工作电极 (1) 的表面， 利用原子力显微镜在溶液中原位 观察纳米氢气气泡 (2) 的大小和分布， 纳米氢气气泡 (2) 的横向尺寸介于 25nm 1600nm 之间， 纳米氢气气泡 (2) 的数量和大小都与所加电压的大小和反应时间有关。

5、， 加较低电压 和反应较长时间产生的气泡数量较少和尺寸较大， 与此相反， 加较高电压和反应较短时间 产生的气泡数量较多尺寸和尺寸较小 ； 第二步以纳米氢气气泡 (2) 作为模板， 电化学制备纳米多孔聚吡咯薄膜 (4) 以依附在工作电极 (1) 的表面上的纳米氢气气泡 (2) 作为模板， 在 0.5V 0.7V 的电 压范围内采用循环伏安法电化学聚合吡咯， 扫描速度为100mV s-1， 聚吡咯薄膜(3)依附在 工作电极(1)的表面上， 聚合完成后将工作电极(1)从溶液中取出， 洗净， 氮气吹干， 纳米氢 气气泡 (2) 自动从聚吡咯薄膜 (3) 中逸出， 得到纳米多孔聚吡咯膜 (4)。 权 利。

6、 要 求 书 CN 101381472 B1/3 页 3 一种以纳米气泡为模板制备纳米多孔聚吡咯薄膜的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种以纳米气泡为模板制备纳米多孔聚吡咯薄膜的方法， 属于材料制 备的技术领域。 背景技术 0002 聚吡咯是一种在电子工业中应用非常广泛的导电高分子材料， 由于其电导率高、 稳定性好且合成容易等优点而成为研究热点。 微米及纳米多孔聚吡咯薄膜已经在制备电子 器件、 驱动器、 传感器、 超滤膜等方面得到了广泛的应用。模板法是制备具有纳米结构聚合 物的方法之一， 通常利用如 ZnO 纳米线或纳米管阵列作为模板来控制聚合物聚合时的纳米 结构， 聚合结束后再利用合适的。

7、溶剂溶解去除将板， 从而得到纳米多孔聚合物。 背景技术的 缺点是上述这种去除模板的步骤比较繁琐， 此外， 模板溶解过程中， 溶剂还有会破坏纳米多 孔聚合物的性质的可能性。 发明内容 0003 为了解决上述问题， 针对传统的模板法制备纳米多孔聚吡咯薄膜的缺点， 本发明 旨在提出一种以纳米气泡为模板制备纳米多孔聚吡咯薄膜的方法， 确切说， 提出一种利用 电化学产生纳米氢气气泡作为模板来制备纳米多孔聚吡咯薄膜的方法。 该法的优点是气泡 模板易于去除 ： 纳米多孔聚吡咯薄膜形成后， 只需将其从聚合溶液中取出， 不必驱赶， 气泡 模板会自动从纳米多孔聚吡咯薄膜中逸出。 0004 本发明的目的通过以下技术。

8、方案实现， 该技术方案包括通过电化学产生纳米氢气 气泡和以纳米氢气气泡作为模板电化学制备纳米多孔聚吡咯薄膜的二个步骤。 工作电极浸 没在硫酸和吡咯的混合溶液中， 工作电极加上-1.2V-2.0V后， 其表面上产生纳米氢气气 泡， 工作电极加上 0.5V 0.7V， 聚吡咯薄膜依附在工作电极的表面上， 将其从聚合溶液中 取出， 便可将气泡模板去除， 简化了制备过程并保留了聚吡咯原有的性质。 0005 现结合附图详细描述本发明的技术方案。 一种以纳米气泡为模板制备纳米多孔聚 吡咯薄膜 4 的方法， 其特征在于， 具体操作步骤 ： 0006 第一步电化学产生纳米氢气气泡 2 0007 电化学过程采用。

9、三电极系统， 以 HOPG 为工作电极 1、 铂丝为对电极和参比电 极， 工作电极 1 兼作产生纳米气泡的基底电极， HOPG 是高定向热解石墨， 该三电极系统 浸没在每升含 0.01mol 硫酸和 1mmol 吡咯的溶液中， 工作电极 1 上加有电压， 该电压介 于 -1.2V -2.0V 之间， 反应时间介于 2s 10s 之间， 工作电极 1 的表面产生纳米氢气气 泡 2， 纳米氢气气泡 2 依附在工作电极 1 的表面， 利用原子力显微镜在溶液中原位观察纳米 氢气气泡 2 的大小和分布， 纳米氢气气泡 2 的横向尺寸介于 25nm 1600nm 之间， 纳米氢气 气泡 2 的数量和大小都。

10、与所加电压的大小和反应时间有关， 加较低电压和反应较长时间产 生的气泡数量较少和尺寸较大， 与此相反， 加较高电压和反应较短时间产生的气泡数量较 多尺寸和尺寸较小 ； 说 明 书 CN 101381472 B2/3 页 4 0008 第二步以纳米氢气气泡 2 作为模板， 电化学制备纳米多孔聚吡咯薄膜 4 0009 以依附在工作电极 1 的表面上的纳米氢气气泡 2 作为模板， 在 0.5V 0.7V 的电 压范围内采用循环伏安法电化学聚合吡咯， 扫描速度为100mV s-1， 聚吡咯薄膜3依附在工 作电极1的表面上， 聚合完成后将工作电极1从溶液中取出， 洗净， 氮气吹干， 纳米氢气气泡 2 自。

11、动从聚吡咯薄膜 3 中逸出， 得到纳米多孔聚吡咯膜 4。 0010 以上第一步， 参见图 2(a) 和图 2(b)， 第二步， 参见图 2(c) 和图 2(d)。从原位 AFM 图像可以看到， 在溶液中纳米氢气气泡 2 的位置处， 在空气中气泡去除后中则成为了和气 泡大小一致的纳米孔。利用不同大小和密度的纳米氢气气泡作为模板， 可制得到不同孔径 大小和孔密度的纳米多孔聚吡咯薄膜 4。 0011 与背景技术相比， 本发明具有以下优点 ： 0012 1、 去除模板容易 0013 通过电化学途径形成聚吡咯薄膜 3， 依附在工作电极的表面上， 聚合完成后， 只需 将工作电极 1 从溶液中取出， 洗净，。

12、 氮气吹干， 作为模板的纳米氢气气泡 2 自动从聚吡咯薄 膜 3 中逸出， 得到纳米多孔聚吡咯薄膜 4。 0014 2、 生产纳米多孔聚吡咯薄膜 4 的成本低廉 0015 模板为纳米氢气气泡 2， 去除模板的步骤既不需要溶剂， 也不需反复清洗， 有助于 降低生产成本。 0016 3、 产品的质量好， 性能稳定 0017 去除模板时不需要溶剂， 杜绝了产品的性能受到溶剂的影响的可能性， 确保产品 质量好， 性能稳定。 附图说明 0018 图 1(a) 是实施例 1 制备的纳米多孔聚吡咯薄膜 4 的原位 AFM 图像， 图 1(b) 是实 施例 2 制备的纳米多孔聚吡咯薄膜 4 的原位 AFM 图。

13、像。图 2 是制备纳米多孔聚吡咯薄膜 4 的流程简图， 图 2(a)、 图 2(b)、 图 2(c) 和图 2(d) 是制备纳米多孔聚吡咯薄膜 4 过程中的四 个阶段， 其中， 1是工作电极， 2是纳米氢气气泡， 3是聚吡咯薄膜， 4是纳米多孔聚吡咯薄膜， 图 2(a) 示出工作电极 1 上加电压前， 工作电极 1 的表面的情况， 图 2(b) 示出工作电极 1 上 加负电压后， 产生纳米氢气气泡 2， 依附在工作电极 1 的表面上， 图 2(c) 示出工作电极 1 上 加正电压后， 吡咯聚合成聚吡咯薄膜3， 将纳米氢气气泡2包裹在其中， 依附在工作电极1的 表面上， 图 2(d) 示出聚吡咯。

14、薄膜 3 中的纳米氢气气泡 2 自动逸出， 得到纳米多孔聚吡咯薄 膜 4。 具体实施方式 0019 现结合实施例进一步说明本发明的技术方案。 所有的实施例完全按照上述的制备 方法的具体操作步骤进行操作， 以下每个实施例仅罗 列关键的技术数据。 0020 仪器 ： 原子力显微镜是 NanoScope IIIa SPM 系统 (DigitalInstruments， Inc.， 美国 )。 “E”或 “J”扫描头， 在液体中成像选用弹性系数为 0.58N/m 左右， 共振频率为 5.0-9.5kHz 的 NP-S 针尖 (Veeco/DI， 美国 )。在空气中成像时选用弹性系数为 60N/m 左右。

15、， 共振频率为260-420kHz的硅针尖(MikroMasch， 俄罗斯)。 扫描速率为12Hz， 严格保持室内 说 明 书 CN 101381472 B3/3 页 5 温度在 252。电化学控制在 CHI600B(CHInstrument， 美国 ) 电化学工作站上进行， 采用 三电极系统 ： 以 HOPG 为工作电极， 铂丝为对电极和参比电极。 0021 试剂和材料 ： 高定向热解石墨 (HOPG) 作工作电极， 兼作产生纳米气泡和吡咯聚合 的基底。硫酸 (H2SO4， 优级纯， 中国化学试剂总公司 )， 吡咯 ( 分析纯， 国药集团 )， HOPG( 尺 寸 ： 1.2cm1.2cm，。

16、 ZYA 级， Mikromasch Co.)， 实 验 用 水 为 经 过 Millipore(Millipore Corp.， 美国 ) 处理的超纯水， 电导率为 18.2Mcm。 0022 实施例 1 ： 0023 第一步中， 工作电极 1 的电压为 -1.9V， 反应时间为 1s， 用原子力显微镜进行原位 观察， 观察到产生的纳米氢气气泡 2 的尺寸为 45 0024 nm 125nm， 每 5m5m 的范围内气泡的个数大于 300 ； 第二步中， 从原位 AFM 图像可以看到， 利用加 -1.9V 电压 1s 产生的纳米氢气气泡 2 作为模板， 得到的纳米多孔聚 吡咯薄膜 4 的孔的。

17、尺寸为 45-125nm， 孔的数量为每 5m5m 的范围内约 300 个。参见图 1(a)。 0025 实施例 2 ： 0026 第一步中， 工作电极1的电压为-1.5V， 反应时间为10s， 用原子力显微镜进行原位 观察， 观察到产生的纳米氢气气泡 2 的尺寸为 40nm 365nm， 每 5m5m 的范围内气泡 的个数约为 150 ； 第二步中， 从原位 AFM 图像可以看到， 利用加 -1.5V 电压 10s 产生的纳米 氢气气泡2作为模板， 得到的纳米多孔聚吡咯薄膜4的孔的尺寸为60nm400nm， 孔的数量 为每 5m5m 的范围内约 150 个。参见图 1(b)。 说 明 书 CN 101381472 B1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 。