Полипиррол - Википедия - Polypyrrole

Полипиррол
Пиррол можно полимеризовать электрохимически.[1]

Полипиррол (PPy) представляет собой органический полимер, полученный окислительной полимеризацией пиррол. Это твердое тело с формулой H (C4ЧАС2NH)пH. Это по сути проводящий полимер, используется в электронике, оптике, биологии и медицине.[2][3]

История

Некоторые из первых примеров PPy были описаны в 1919 году Анджели и Пьерони, которые сообщили об образовании пиррольных сажей из пиррол-магния бромида.[4] С тех пор реакция окисления пиррола изучается и описывается в научной литературе.

Работа с проводящими полимерами, включая полипиррол, политиофен, полианилин, и полиацетилен был награжден Нобелевская премия по химии в 2000 г. - Алану Дж. Хигеру, Алану Г. МакДиармиду и Хидеки Ширакава.[5]

Синтез

Для синтеза PPy можно использовать разные методы, но наиболее распространенными являются электрохимический синтез и химическое окисление.[6][3][7]

Химическое окисление пиррола:

п С4ЧАС2NH + 2n FeCl3 → (C4ЧАС2NH)п + 2n FeCl2 + 2н HCl

Считается, что этот процесс происходит через образование пи-катион-радикал C4ЧАС4NH+. Этот электрофил атакует углерод C-2 неокисленной молекулы пиррола с образованием димерного катиона [(C4ЧАС4NH)2]++. Процесс повторяется много раз.

Проводящие формы PPy получают окислением («р-легированием») полимера:

(C4ЧАС2NH)п + 0,2 Х → [(С4ЧАС2NH)пИкс0.2]

Полимеризация и р-легирование также могут осуществляться электрохимическим способом. Полученный проводящий полимер отслаивается от анода. Циклическая вольтамперометрия и хронокулометрия методы могут быть использованы для электрохимического синтеза полипиррола.[8]

Характеристики

Пленки PPy желтые, но темнеют на воздухе из-за некоторого окисления. Легированные пленки имеют синий или черный цвет в зависимости от степени полимеризации и толщины пленки. Они аморфные, дифракционные слабые. PPy описывается как «квазиодномерный» по сравнению с одномерным, поскольку есть некоторое сшивание и перескок цепи. Нелегированные и легированные пленки не растворяются в растворителях, но набухают. Легирование делает материалы хрупкими. Они стабильны на воздухе до 150 ° C, при которой примесь начинает выделяться (например, в виде HCl).[2]

PPy является изолятором, но его окисленные производные являются хорошими электрическими проводниками. Электропроводность материала зависит от условий и реагентов, используемых при окислении. Диапазон проводимости от 2 до 100 См / см. Более высокая проводимость связана с более крупными анионами, такими как тозилат. Легирование полимера требует, чтобы материал набухал для размещения компенсирующих заряд анионов. Физические изменения, связанные с этой зарядкой и разрядкой, обсуждались как форма искусственной мускулатуры.[9] На поверхности полипиррольных пленок присутствует фрактал свойства и ионная диффузия через них показывают аномальная диффузия шаблон.[10][11]

Приложения

PPy и родственные ему проводящие полимеры имеют два основных применения в электронных устройствах и в химических датчиках.[12]

Направления исследований

PPy - потенциальный инструмент для доставки лекарств. Полимерная матрица служит контейнером для белков.[13]

Полипиррол исследовали как носитель катализатора для топливных элементов[14] и для сенсибилизации катодных электрокатализаторов.[15]

Вместе с другими сопряженными полимерами, такими как полианилин, поли (этилендиокситиофен) и т. Д., Полипиррол был изучен в качестве материала для «искусственных мышц», технологии, которая предлагает преимущества по сравнению с традиционными моторными исполнительными элементами.[16]

Полипиррол использовали для покрытия диоксида кремния и диоксида кремния с обращенной фазой, чтобы получить материал, способный к анионному обмену и проявляющий гидрофобные взаимодействия.[17]

Полипиррол был использован в микроволновом производстве многослойных углеродных нанотрубок, быстром методе выращивания УНТ.[18]

Водостойкая полиуретановая губка, покрытая тонким слоем полипиррола, впитывает масло в 20 раз больше своего веса и может использоваться повторно.[19]

Полипиррольное волокно, полученное мокрым формованием, может быть получено химической полимеризацией пиррола и DEHS в качестве присадки.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Yu, E.H .; Сундмахер, К. (2007). «Trans IChemE, Часть B, Технологическая безопасность и охрана окружающей среды, 2007, 85 (B5): 489–493». Ферментные электроды для окисления глюкозы электрополимеризацией пиррола. 85 (5): 489–493. Дои:10.1205 / psep07031.
  2. ^ а б Верницкая, Татьяна В .; Ефимов, Олег Н. (1997). «Полипиррол: проводящий полимер; его синтез, свойства и применение». Русь. Chem. Rev. 66 (5): 443–457. Bibcode:1997RuCRv..66..443V. Дои:10.1070 / rc1997v066n05abeh000261.
  3. ^ а б Müller, D .; Rambo, C.R .; D.O.S.Recouvreux; Porto, L.M .; Barra, G.M.O. (Январь 2011 г.). «Химическая полимеризация in situ полипиррола на нановолокнах бактериальной целлюлозы». Синтетические металлы. 161 (1–2): 106–111. Дои:10.1016 / j.synthmet.2010.11.005.
  4. ^ А. Анджели и А. Пьерони, Qazz. Чим. Ital. 49 (I), 164 (1919)
  5. ^ МакДиармид, А. Г. (2001). «Синтетические металлы: новая роль органических полимеров (Нобелевская лекция)». Энгью. Chem. Int. Эд. 40 (14): 2581–2590. Дои:10.1002 / 1521-3773 (20010716) 40:14 <2581 :: aid-anie2581> 3.0.co; 2-2.
  6. ^ Сабуро, Гийом; Садки, Саид; Броди, Нэнси (2000). «Механизмы электрополимеризации пиррола».. Обзоры химического общества. 29 (5): 283–293. Дои:10.1039 / a807124a.
  7. ^ Rapi, S .; Bocchi, V .; Гардини, Г. П. (1988-05-01). «Проведение полипиррола химическим синтезом в воде». Синтетические металлы. 24 (3): 217–221. Дои:10.1016/0379-6779(88)90259-7. ISSN  0379-6779.
  8. ^ Шарифи-Вианд, Ахмад (2014). «Определение фрактальной шероховатой поверхности полипиррольной пленки: АСМ и электрохимический анализ». Синтетические металлы. 191: 104–112. Дои:10.1016 / j.synthmet.2014.02.021.
  9. ^ Боуман, Рэй Х. (2005). «Игра в природную игру с искусственными мышцами». Наука. 308 (5718): 63–65. Дои:10.1126 / science.1099010. PMID  15802593.
  10. ^ Ахмад Шарифи-Вианд, Диффузия через самоаффинную поверхность полипиррольной пленки Вакуум DOI: 10.1016 / j.vacuum.2014.12.030
  11. ^ Шарифи-Вианд, Ахмад (2012). «Исследование аномальной диффузии и мультифрактальных размерностей в полипиррольной пленке». Журнал электроаналитической химии. 671: 51–57. Дои:10.1016 / j.jelechem.2012.02.014.
  12. ^ Джаната, Иржи; Йосович, Мира (2003). "Прогресс статьи: Проводящие полимеры в электронных химических датчиках". Материалы Природы. 2 (1): 19–24. Дои:10.1038 / nmat768. PMID  12652667.
  13. ^ Geetha, S .; Rao, Chepuri R.K .; Виджаян, М .; Триведи, округ Колумбия (2006). «Биосенсор и доставка лекарств с помощью полипиррола» «Молекулярная электроника и аналитическая химия». Analytica Chimica Acta. 568 (1–2): 119–125. Дои:10.1016 / j.aca.2005.10.011. PMID  17761251.
  14. ^ Unni, Sreekuttan M .; Dhavale, Vishal M .; Pillai, Vijayamohanan K .; Курунгот, Срикумар (2010). «Электроды с высоким содержанием Pt для топливных элементов с полимерно-электролитной мембраной путем диспергирования частиц Pt, образованных методом осаждения, на углероде,« отполированном »с помощью полипиррола». Журнал физической химии C. 114 (34): 14654–14661. Дои:10.1021 / jp104664t.
  15. ^ Олсон, Тим С .; Пилипенко, Светлана; Атанасов, Пламен; Асадзава, Коитиро; Ямада, Кодзи; Танака, Хирохиса (2010). «Анионообменные мембранные топливные элементы: двухсайтовый механизм реакции восстановления кислорода в щелочных средах на кобальт-полипиррольных электрокатализаторах». Журнал физической химии C. 114 (11): 5049–5059. Дои:10.1021 / jp910572g.
  16. ^ http://atmsp.whut.edu.cn/resource/pdf/4987.pdf[постоянная мертвая ссылка ]
  17. ^ Ге, Хайлинь; Уоллес, Г. (1991-12-27). «Высокоэффективная жидкостная хроматография на диоксиде кремния, модифицированном полипирролом». Журнал хроматографии А. 588 (1–2): 25–31. Дои:10.1016 / 0021-9673 (91) 85003-Х.
  18. ^ pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/CC/C1CC13359D
  19. ^ Новости химии и техники, 26 июня 2013 г. «Жирная губка выделяет масло» http://cen.acs.org/articles/91/web/2013/06/Greasy-Sponge-Slurps-Oil.html
  20. ^ Foroughi, J .; и другие. (2008). «Производство полипиррольных волокон методом мокрого прядения». Синтетические металлы. 158 (3–4): 104–107. Дои:10.1016 / j.synthmet.2007.12.008.