聚苯胺的制备和使用

聚苯胺是主链由对苯二胺和醌二亚胺两个单元组成的一类长链共轭高分子，虽然其早在19 世纪中期就现已以“苯胺黑”的称号存在并大范围的使用于染料工业，可是直到1983 年才被Alan G. MacDiarmid 从头进行科学研讨，后经Alan J. Heeger及其团队对其共同的结构解析和功能发现，聚苯胺成为最重要的导电高分子种类之一。

Mac Diarmid 和Heeger 因有关导电聚合物的发现于2000 年取得诺贝尔化学奖。值得一提的是，曹镛先生为导电态聚苯胺的成型加工做出了里程碑式的奉献，他与Heeger 先生协作的效果至今仍在学术界和工业界得到广泛使用。国内王佛松先生领导的我国科学院长春使用化学研讨所的团队最早展开聚苯胺研讨，不只完成了导电聚苯胺的水系加工，并且开掘了聚苯胺的导电性和掺杂/反掺杂（氧化/复原）可逆性两个本征功能（图1），并活跃推动其在金属防腐、抗静电、蓄电池的电极资料等范畴的使用，研讨作业继续30 余年而不衰。

图1 不同氧化态聚苯胺及其彼此改变

目前国内尚短少聚苯胺相关专著，国外的专著也较少研讨聚苯胺的使用。跟着时下人们对资源环境的日益重视，开发不含锌、铬等重金属且具有广谱防腐功能的环境友好资料具有严重的战略意义，聚苯胺作为新一代环境友好的金属防腐资料日益遭到产业界的重视。另一方面，新动力是未来动力范畴可继续开展的要害，以聚苯胺为代表的高功能电极资料有望异军突起。因而撰写一部从聚苯胺的制备到使用的专著非常有必要，可为宽广学术界和产业界的同仁供给重要的参阅。

《聚苯胺的制备与使用》一书便是根据我国科学院长春使用化学研讨所研讨团队的研制阅历，结合国内外在聚苯胺范畴的研讨效果，以聚苯胺的组成、结构解析、功能研讨、成型加工和使用为主线编写而成的。为引导读者对聚苯胺研讨和使用的爱好，咱们对每个章节均进行了体系的总结，并对相关范畴的开展的新趋势进行了展望。

本书首要内容如下：

第1章聚苯胺的制备，从聚苯胺的开展前史动身，剖析了苯胺的化学聚合和电化学聚合的原理和完成条件，突出了苯胺化学氧化聚合办法的重要性。

第2章聚苯胺的结构解析与物化功能，从苯胺齐聚物结构动身得到本征态聚苯胺的结构，从而完成掺杂态聚苯胺的全面结构剖析，并要点论述了聚苯胺的结构与导电功能、氧化复原功能的联系。

第3章聚苯胺的成型加工，从本征态聚苯胺的溶液加工工艺动身，突出了对离子诱导办法对完成掺杂态聚苯胺的溶液和熔融加工，尤其是水涣散加工的里程碑价值，说明聚苯胺是一类可加工的高分子资料。

第4章聚苯胺在新动力资料范畴的使用，从聚苯胺具有共同的掺杂/反掺杂可逆性动身，论述了聚苯胺的导电性与电化学活性在很宽的范围内可调的功能特征，从而指明聚苯胺作为电极资料在锂离子电池、锂空气电池、锂硫电池、超级电容器范畴的使用或许性。

第5章聚苯胺在金属防腐范畴的使用，从聚苯胺的根本结构和可逆氧化复原功能动身，评论了本征态和掺杂态聚苯胺对不同金属的广谱防腐行为和机理，说明聚苯胺具有作为新一代不含重金属的环保防腐资料的巨大潜力。

第6章聚苯胺在传感器范畴的使用，根据聚苯胺结构与其电学、光学性质与所在环境相关的特色，要点介绍了聚苯胺作为光学、化学和生物传感器等许多新颖传感器的灵敏资料的研讨效果, 说明聚苯胺有或许成为一种远景宽广的传感器资料。

第7章根据导电聚苯胺的电磁屏蔽资料，从聚苯胺的导电性特征动身，指出聚苯胺是一类新颖的轻质电损耗资料，在电磁屏蔽资料范畴具有重要使用远景，一同根据其电导率可逆改变的特征，可制成智能屏蔽资料。

全书由王献红研讨员担任整理成稿，该书一方面临高质量聚苯胺的高效化学组成、结构解析、溶液加工进行了要点介绍，另一方面论述了聚苯胺在金属防腐、新动力、传感器、电磁屏蔽等范畴的使用，指出聚苯胺的导电性和可逆的掺杂/反掺杂（氧化复原）功能是了解聚苯胺很多使用的理论基础。

作者简介

王献红

我国科学院生态环境高分子资料要点试验室主任，我国科学院长春使用化学研讨所研讨员，博士生导师。1988年取得上海交通大学使用化学系高分子资料专业工学学士学位，1993年取得我国科学院长春使用化学研讨所高分子化学与物理专业理学博士学位，随后留所作业至今。首要研讨方向为导电聚苯胺和二氧化碳共聚物，宣布SCI学术论文200余篇，获授权国际专利5项、我国发明专利70余项。从1989年开端跟从王佛松先生从事导电聚苯胺的化学组成和掺杂反响的研讨，随后以聚苯胺的溶液加工和使用为方针一向坚持导电聚苯胺的研讨，完成了导电聚苯胺的水系加工，其间水涣散导电聚苯胺的电导率到达25S/cm，一向处于国际领先水平，并完成了导电聚苯胺通明耐久抗静电技能、导电聚苯胺金属防腐技能等多项技能的工业化使用，在国内建立了导电聚苯胺的百吨级生产线。2002年取得国家自然科学基金委杰出青年科学基金赞助，2010年成为国家自然科学基金委立异团队首席科学家，2015年当选国家百千万人才工程。

本文摘编自王献红等编著《聚苯胺的制备与使用》（北京：科学出书社，2019.11）一书，标题为修改所加。

ISBN 978-7-03-062502-1

责任修改：张淑晓李丽娇

本书目录

目录

丛书序 i

前语 iii

第1章 聚苯胺的制备 001

1.1 聚苯胺的化学组成 002

1.1.1 苯胺的化学氧化聚合机理 003

1.1.2 不同分子量聚苯胺的组成办法 006

1.1.3 含苯胺齐聚物结构单元的高分子 014

1.1.4 化学组成聚苯胺的描摹调控 021

1.2 聚苯胺的电化学组成 025

1.2.1 非水介质中苯胺的电化学聚合 026

1.2.2 水介质中苯胺的电化学聚合 027

1.2.3 苯胺的电化学聚合机理 029

1.3 展望 030

参阅文献 030

第2章 聚苯胺的结构解析与物化功能 040

2.1 本征态聚苯胺的结构 040

2.1.1 苯胺齐聚物的结构 040

2.1.2 不同氧化态聚苯胺的结构解析 043

2.2 掺杂态聚苯胺的结构 047

2.2.1 不同氧化态聚苯胺的掺杂反响 048

2.2.2 自掺杂聚苯胺 052

2.3 聚苯胺的导电功能 053

2.3.1 聚苯胺的导电机理 053

2.3.2 掺杂态聚苯胺的电导率 058

2.4 聚苯胺的氧化复原功能 061

2.4.1 本征态聚苯胺的氧化复原功能 061

2.4.2 掺杂态聚苯胺的氧化复原功能 062

2.5 展望 064

参阅文献 064

第3章 聚苯胺的成型加工 068

3.1 本征态聚苯胺的溶液行为 068

3.2 掺杂态聚苯胺的溶液加工 069

3.2.1 根据掺杂剂对离子诱导的可溶性导电聚苯胺 069

3.2.2 接枝改性聚苯胺 074

3.2.3 共聚法制备可溶性聚苯胺 078

3.3 掺杂态聚苯胺的熔融加工 081

3.3.1 对离子诱导聚苯胺的熔融行为 081

3.3.2 导电聚苯胺与聚烯烃的熔融加工 082

3.4 导电聚苯胺的水基加工 083

3.4.1 替代基法制备水溶性聚苯胺 083

3.4.2 聚合法制备水溶性聚苯胺 086

3.4.3 对离子诱导法组成水基导电聚苯胺 092

3.5 导电聚苯胺胶体涣散液 103

3.5.1 苯胺的涣散聚合 104

3.5.2 苯胺的乳液聚合 107

3.5.3 反相微乳液法组成导电聚苯胺纳米胶粒 110

3.5.4 自拼装法制备聚苯胺胶体粒子 111

3.6 展望 113

参阅文献 113

第4章 聚苯胺在新动力资料范畴的使用 124

4.1 根据聚苯胺的锂离子电池正极资料 124

4.1.1 锂离子电池简介 124

4.1.2 导电聚苯胺作为电极活性资料的根本原理 125

4.1.3 聚苯胺/无机物复合物正极资料 125

4.1.4 聚苯胺正极资料 128

4.2 根据聚苯胺的锂空电池正极资料 130

4.2.1 锂空电池简介 130

4.2.2 根据导电高聚物的锂空电池正极资料 131

4.2.3 聚苯胺直接作为锂空电池正极资料 132

4.3 根据聚苯胺的锂硫电池正极资料 133

4.3.1 锂硫电池简介 133

4.3.2 根据聚苯胺的锂硫电池正极资料 134

4.3.3 聚苯胺/硫复合物正极资料 135

4.3.4 根据聚苯胺的多元复合正极资料 137

4.3.5 根据聚苯胺前驱体的正极资料 140

4.3.6 聚苯胺在正极资猜中的黏结剂行为 140

4.4 根据聚苯胺的超级电容器电极资料 142

4.4.1 超级电容器简介 142

4.4.2 聚苯胺基超级电容器电极资料 142

4.4.3 聚苯胺/碳资料复合物电极资料 144

4.4.4 聚苯胺/金属氧化物复合物电极资料 149

4.5 聚苯胺在太阳能电池上的使用 149

4.5.1 聚苯胺在染料敏化太阳能电池中的使用 150

4.5.2 聚苯胺在有机太阳能电池中的其他使用 154

4.6 展望 154

参阅文献 154

第5章 聚苯胺在金属防腐范畴的使用 165

5.1 聚苯胺的分子结构 166

5.2 聚苯胺的制备办法 167

5.3 聚苯胺对不同金属的防腐行为 168

5.3.1 聚苯胺对低碳钢的防腐行为 168

5.3.2 聚苯胺对铝的防腐行为 170

5.3.3 聚苯胺对铜的防腐行为 172

5.3.4 聚苯胺对锌的防腐行为 173

5.3.5 聚苯胺对镁合金的防腐行为 173

5.4 聚苯胺的金属防腐机理 176

5.4.1 物理屏蔽机理 177

5.4.2 阳极维护机理 180

5.4.3 掺杂剂阴离子腐蚀按捺机理 185

5.5 聚苯胺防腐涂料的工业化 187

5.6 展望 188

参阅文献 189

第6章 聚苯胺在传感器范畴的使用 196

6.1 聚苯胺气体传感器 196

6.1.1 聚苯胺氨气传感器 197

6.1.2 聚苯胺硫化氢传感器 199

6.1.3 聚苯胺一氧化碳传感器 201

6.1.4 聚苯胺二氧化氮传感器 203

6.1.5 聚苯胺氢气传感器 205

6.1.6 聚苯胺湿度传感器 207

6.1.7 其他聚苯胺气体传感器 208

6.2 聚苯胺在生物传感器中的使用 209

6.2.1 聚苯胺葡萄糖生物传感器 210

6.2.2 聚苯胺过氧化氢生物传感器 212

6.2.3 聚苯胺胆固醇生物传感器 213

6.2.4 其他聚苯胺生物传感器 214

6.3 展望 215

参阅文献 215

第7章 根据导电聚苯胺的电磁屏蔽资料 223

7.1 电磁屏蔽的概念、原理及丈量 224

7.1.1 电磁屏蔽的概念 224

7.1.2 电磁屏蔽的原理 224

7.1.3 电磁屏蔽的丈量 226

7.2 导电聚苯胺电磁屏蔽资料 227

7.2.1 导电聚苯胺的电磁功能 227

7.2.2 导电聚苯胺复合物的电磁屏蔽功能 229

7.2.3 导电聚苯胺与导电填料的复合物 236

7.2.4 导电聚苯胺与电磁损耗资料的复合物 240

7.2.5 导电聚苯胺与其他资料的复合物 243

7.2.6 导电聚苯胺智能屏蔽资料 244

7.3 展望 247

参阅文献 247

索引 254

彩图

《聚苯胺的制备与使用》归于“十三五”国家要点出书物出书规划项目“光电子科学与技能前沿丛书”（丛书主编：姚建年，褚君浩）。丛书已出书书目：

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本期修改丨王芳

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