Page 146 - 《精细化工》2019年第11期

·2294· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

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有 APS、H 2 O 2 或 Fe 、Cu 、Ce 、Ru 、Mn 等
离子的盐溶液，本文选用具有代表性的氧化剂 H 2 O 2 、
KMnO 4 、APS、FeCl 3 。在掺杂剂为 SDBS、PY 浓度为
0.6 mol/L 时，改变氧化剂种类并在 AP/CF 前驱体上
制备出与不同氧化剂相对应的纸基复合材料。
随后探究掺杂剂种类对复合材料电阻率的影
响。由于化学氧化法制备 PPY 时，磺酸基类有机物
的掺杂效果较好，因此掺杂剂选 SDBS、TSNa、AQS、

SDS。选用 AP/CF 为前驱体、APS 为氧化剂，在 PY
图 3 AP/CF、AP/CF/PPY、SP/CF、SP/CF/PPY 的电阻率
溶度为 0.6 mol/L 时，改变掺杂剂种类并在 AP/CF
Fig. 3 Resistivity of AP/CF, AP/CF/PPY, SP/CF and
前驱体上制备出与不同掺杂剂相对应的纸基复合 SP/CF/PPY
材料，测试其电阻率来探究掺杂剂种类对复合材料
电阻率的影响。 图 4 为 AP/CF 与 SP/CF 抄造的碳纸前驱体
最后探究的是 PY 溶液浓度对复合材料电阻率 PPY/SP/CF 与 PPY/AP/CF 纸基复合材料的红外光谱
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的影响。选用 AP/CF 为前驱体、APS 为氧化剂、AQS 图。图中 4c、d 分别在 1540 cm 左右出现吸收峰，
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为掺杂剂，通过改变 PY 溶液浓度，在 AP/CF 前驱 其对应 PY 环的 C==C；在 1001 和 1125 cm 左右出
体上制备出不同浓度对应的纸基复合材料，测试电 现吸收峰，其对应的是 PY 环 C—N 的伸缩振动峰。
阻率，进而来确定最优的 PY 溶液浓度。 可证明两种前驱体上均生成了 PPY。
在实验中保持掺杂剂与氧化剂溶液为弱酸性环
境。因为在碱性环境中，掺杂后的 PPY 掺杂结构不
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稳定,其掺杂阴离子会与亲核性很强的 OH 交换。如
果环境的碱性太强，或者是置入时间太长，将会发
生 PPY 共轭结构的降解和破坏，导致其导电性和电
化学性质的降低和丧失 [14] 。
1.5 PPY-CF 纸复合材料的电阻率测试
测量时在两电极上施加 2 kg 以上的压力以减小
接触电阻，提高测量的准确性，体积电阻率计算公
式（1）如下 [15] ：
hd 图 4 样品的红外谱图
  R （1）
L Fig. 4 FTIR spectra of samples
式中：ρ为材料的体积电阻率，Ω·cm；R 为样品电
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在图 4a 中，3313、1640 cm 左右出现吸收峰
阻的测量值，Ω；h 为所测样品截面宽度，cm；d 为测
对应 AP 的酰胺基中 N—H 和 C==O 的伸缩振动峰。
样品截面厚度，cm；L 为两测量电极之间距离，cm。
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图 4b 中，3320 cm 吸收峰对应的是 SP 中的 O—H，
体积电阻率是一个与材料基本尺寸无关的常
但是在图 4c 中该峰消失。Hebeish 等 [16] 研究发现，
数，由材料本身性质决定，反映了材料间导电性能
在聚合时纳米纤维中的大量羟基与 PY 的亚胺基团
的差异。其值越小，材料在相同尺寸条件下的导电
相互作用，而植物纤维本身含有大量的羟基，因此
性就越高。
可知 PY 单体易于与纸浆羟基结合。由于 SP 羟基含
2 结果与讨论 量大，导致大量的 PY 单体与羟基结合，使得加入
氧化剂后，只剩下少量的 PY 单体聚合成 PPY。而
2.1 前驱体种类对复合材料电阻率的影响 AP 所含羟基量少于纸浆，其主要含有酰胺基，酰胺
AP/CF、AP/CF/PPY、SP/CF、SP/CF/PPY 的电 基不会与 PY 结合或者反应。
阻率见图 3。 2.2 氧化剂种类对复合材料电阻率的影响
由图 3 可知，AP/CF、AP/CF/PPY、SP/CF、SP/CF/ 不同氧化剂对复合材料电阻率的影响见图 5。
PPY 对应的电阻率分别为 0.342、0.271、0.323、 由图 5 可知，使用 APS 作为氧化剂时得到的复
0.292 Ω·cm。可以看出，AP/CF 与 SP/CF 抄造出的 合材料电阻率最低。4 种氧化剂的氧化电势从高到
前驱体电阻率相差不多,但是其对应的纸基复合材 低为 APS>H 2 O 2 >KMnO 4 >FeCl 3 。由于 APS 氧化电势
料电阻率下降较为明显，特别是 AP/CF/PPY。 最高，易使 PY 在前驱体上氧化生成 PPY。从图 5