Полипиррол
Полипиррол ( PPy ) — органический полимер, получаемый окислительной полимеризацией пиррола . Это твердое вещество с формулой H(C 4 H 2 NH) n H. Это полимер с внутренней проводимостью , используемый в электронике, оптике, биологии и медицине. [2] [3]
История
[ редактировать ]О некоторых из первых примеров PPy сообщили в 1919 году Анджели и Пьерони, которые сообщили об образовании пирроловой сажи из пирролбромида магния. [4] С тех пор реакция окисления пиррола изучалась и сообщалось в научной литературе.
Работа над проводящими полимерами, включая полипиррол, политиофен , полианилин и полиацетилен, была удостоена Нобелевской премии по химии в 2000 году Алану Дж. Хигеру, Алану Г. МакДиармиду и Хидеки Сиракаве. [5]
Синтез
[ редактировать ]Для синтеза PPy можно использовать разные методы, но наиболее распространенными являются электрохимический синтез и химическое окисление. [6] [3] [7]
Химическое окисление пиррола:
- n C 4 H 4 NH + 2n FeCl 3 → (C 4 H 2 NH) n + 2n FeCl 2 + 2n HCl
Предполагается, что этот процесс происходит за счет образования катиона пи-радикала C 4 H 4 NH. + . Этот электрофил атакует углерод C-2 неокисленной молекулы пиррола с образованием димерного катиона [(C 4 H 4 NH) 2 ] ++ . Процесс повторяется много раз.
Проводящие формы PPy получаются путем окисления («p-легирования») полимера:
- ( 4 H 2 ) n + H2 NH nX0,2 C
Полимеризацию и p-легирование также можно осуществлять электрохимически. Полученный проводящий полимер отделяют от анода. циклической вольтамперометрии и хронокулонометрии . Для электрохимического синтеза полипиррола можно использовать методы [8]
Самые последние исследования микро- и нанокапель были проведены при синтезе полипиррольных микроструктур с использованием различных жидких шаблонов, сформированных на разных твердых поверхностях. [9]
Характеристики
[ редактировать ]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 аморфны и демонстрируют лишь слабую дифракцию. PPy описывается как «квазиодномерный» по сравнению с одномерным, поскольку имеет место некоторое сшивание и перескок цепи. Нелегированные и легированные пленки нерастворимы в растворителях, но набухают. Легирование делает материалы хрупкими. Они стабильны на воздухе до температуры 150 °C, при которой начинает выделяться примесь (например, в виде HCl). [2]
Легирование полимера требует, чтобы материал набухал для размещения анионов, компенсирующих заряд. Физические изменения, связанные с этой зарядкой и разрядкой, обсуждались как форма искусственных мышц. [10] Поверхность пленок полипиррола обладает фрактальными свойствами, а диффузия ионов через них демонстрирует аномальную картину диффузии. [11] [12]
Приложения
[ редактировать ]PPy и родственные проводящие полимеры имеют два основных применения в электронных устройствах: в химических сенсорах и в электрохимических приложениях. [13]
Тенденции исследований
[ редактировать ]PPy является потенциальным средством доставки лекарств . Полимерная матрица служит контейнером для белков. [14]
Полипиррол был исследован в качестве носителя катализатора для топливных элементов. [15] и для повышения чувствительности катодных электрокатализаторов. [16]
Вместе с другими сопряженными полимерами, такими как полианилин, поли(этилендиокситиофен) и т. д., полипиррол изучался как материал для «искусственных мышц» - технология, которая предлагает преимущества по сравнению с традиционными исполнительными элементами двигателей. [17]
Полипиррол использовался для покрытия диоксида кремния и кремнезема с обращенной фазой, чтобы получить материал, способный к анионному обмену и проявляющий гидрофобные взаимодействия. [18]
Полипиррол использовался при микроволновом производстве многостенных углеродных нанотрубок - быстром методе выращивания УНТ. [19]
Водостойкая полиуретановая губка, покрытая тонким слоем полипиррола, впитывает масло в 20 раз больше своего веса и пригодна для повторного использования. [20]
Полипиррольное волокно мокрого прядения может быть получено химической полимеризацией пиррола и ДЭХС в качестве легирующей добавки. [21]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ю, ЭХ; Сундмахер, К. (2007). «Trans IChemE, Часть B, Технологическая безопасность и защита окружающей среды, 2007, 85 (B5): 489–493». Ферментные электроды для окисления глюкозы электрополимеризацией пиррола . 85 (5): 489–493. дои : 10.1205/psep07031 .
- ^ Jump up to: а б Верницкая Татьяна Владимировна; Ефимов, Олег Н. (1997). «Полипиррол: проводящий полимер; его синтез, свойства и применение». Расс. хим. Преподобный . 66 (5): 443–457. Бибкод : 1997RuCRv..66..443В . дои : 10.1070/rc1997v066n05abeh000261 . S2CID 250889925 .
- ^ Jump up to: а б Мюллер, Д.; Рэмбо, ЧР; ДОСРекуврё; Порту, LM; Барра, ГМО (январь 2011 г.). «Химическая полимеризация полипиррола in situ на нановолокнах бактериальной целлюлозы» . Синтетические металлы . 161 (1–2): 106–111. дои : 10.1016/j.synthmet.2010.11.005 .
- ^ А. Анджели и А. Пьерони, Qazz. Хим. Итал. 49 (I), 164 (1919)
- ^ МакДиармид, AG (2001). «Синтетические металлы: новая роль органических полимеров (Нобелевская лекция)». Энджью. хим. Межд. Эд . 40 (14): 2581–2590. doi : 10.1002/1521-3773(20010716)40:14<2581::aid-anie2581>3.0.co;2-2 .
- ^ Сабуро, Гийом; Садки, Саид; Броди, Нэнси (2000). «Механизмы электрополимеризации пиррола» . Обзоры химического общества . 29 (5): 283–293. дои : 10.1039/a807124a .
- ^ Рапи, С.; Бокки, В.; Гардини, врач общей практики (1 мая 1988 г.). «Проведение полипиррола химическим синтезом в воде» . Синтетические металлы . 24 (3): 217–221. дои : 10.1016/0379-6779(88)90259-7 . ISSN 0379-6779 .
- ^ Шарифи-Вианд, Ахмад (2014). «Определение фрактальной шероховатости поверхности полипирроловой пленки: АСМ и электрохимический анализ». Синтетические металлы . 191 : 104–112. дои : 10.1016/j.synthmet.2014.02.021 .
- ^ Йохан, Альберт (2010). Создание микроструктур с использованием проводящего полипиррола . ГРИН Верлаг. ISBN 9783346068415 .
- ^ Боуман, Рэй Х. (2005). «Игра в игру природы с искусственными мышцами». Наука . 308 (5718): 63–65. дои : 10.1126/science.1099010 . ПМИД 15802593 . S2CID 180181717 .
- ^ Ахмад Шарифи-Вианд, Диффузия через самоаффинную поверхность полипирроловой пленки Вакуум doi: 10.1016/j.vacuum.2014.12.030
- ^ Шарифи-Вианд, Ахмад (2012). «Исследование аномальной диффузии и мультифрактальных размерностей в полипирроловой пленке». Журнал электроаналитической химии . 671 : 51–57. дои : 10.1016/j.jelechem.2012.02.014 .
- ^ Джаната, Иржи; Йосович, Мира (2003). «Статья о прогрессе: Проводящие полимеры в электронных химических сенсорах». Природные материалы . 2 (1): 19–24. дои : 10.1038/nmat768 . ПМИД 12652667 . S2CID 1250380 .
- ^ Гита, С.; Рао, Чепури Р.К.; Виджаян, М.; Триведи, округ Колумбия (2006). «Биосенсорство и доставка лекарств полипирролом» «Молекулярная электроника и аналитическая химия». Аналитика Химика Акта . 568 (1–2): 119–125. дои : 10.1016/j.aca.2005.10.011 . ПМИД 17761251 .
- ^ Унни, Срикуттан М.; Дхавале, Вишал М.; Пиллаи, Виджаямоханан К.; Курунгот, Шрикумар (2010). «Электроды с высоким содержанием платины для топливных элементов с мембранными полимерными электролитами путем диспергирования частиц платины, образованных методом осаждения, на углероде, «полированном» полипирролом». Журнал физической химии C. 114 (34): 14654–14661. дои : 10.1021/jp104664t .
- ^ Олсон, Тим С.; Пилипенко Светлана; Атанасов, Пламен; Асазава, Коитиро; Ямада, Кодзи; Танака, Хирохиса (2010). «Топливные элементы с анионообменной мембраной: двухцентровый механизм реакции восстановления кислорода в щелочных средах на кобальт-полипиррольных электрокатализаторах». Журнал физической химии C. 114 (11): 5049–5059. дои : 10.1021/jp910572g .
- ^ «Архивная копия» (PDF) . atmsp.whut.edu.cn . Архивировано из оригинала (PDF) 21 ноября 2011 года . Проверено 30 июня 2022 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Ге, Хайлин; Уоллес, Г.Г. (27 декабря 1991 г.). «Высокоэффективная жидкостная хроматография на силикагеле, модифицированном полипирролом». Журнал хроматографии А. 588 (1–2): 25–31. дои : 10.1016/0021-9673(91)85003-X .
- ^ pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/CC/C1CC13359D
- ^ Новости химии и техники, 26 июня 2013 г. «Жирная губка глотает масло» http://cen.acs.org/articles/91/web/2013/06/Greasy-Sponge-Slurps-Oil.html
- ^ Форуги, Дж.; и др. (2008). «Производство полипирроловых волокон методом мокрого прядения». Синтетические металлы . 158 (3–4): 104–107. дои : 10.1016/j.synthmet.2007.12.008 .