Polypyrol - Polypyrrole

Polypyrol
Pyrrol může být polymerován elektrochemicky.

Polypyrol ( PPY ) je organický polymer získaný oxidativní polymerací pyrrol . Jedná se o pevnou látku se vzorcem H (C 4 H 2 NH) n H. Je to skutečně provádí polymer , který se používá v elektronice, optické, biologických a lékařských oborech.

Dějiny

Některé z prvních příkladů PPy byly hlášeny v roce 1919 Angeli a Pieronim, kteří hlásili tvorbu pyrolových sazí z pyrrolbromidu hořečnatého. Od té doby byla oxidační reakce pyrrolu studována a uvedena ve vědecké literatuře.

Práce na vodivých polymerech včetně polypyrrolu, polythiofenu , polyanilinu a polyacetylenu byly v roce 2000 oceněny Nobelovou cenou za chemii Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid a Hideki Shirakawa.

Syntéza

K syntéze PPy lze použít různé metody, ale nejběžnější jsou elektrochemická syntéza a chemická oxidace.

Chemická oxidace pyrrolu:

n C 4 H 4 NH + 2 n FeCl 3 → (C 4 H 2 NH) n + 2 n FeCl 2 + 2 n HCl

Proces je myšlenka nastat prostřednictvím vytvoření PI- radikálového kationtu C 4 H 4 NH + . Tato elektrofil útoky na C-2 uhlíku z neoxidované molekuly pyrrolu za vzniku dimerní kation [(C 4 H 4 NH) 2 ] ++ . Proces se opakuje mnohokrát.

Vodivé formy PPy se připravují oxidací („p-dopingem“) polymeru:

(C 4 H 2 NH) n + 0,2 X → [(C 4 H 2 NH) n X 0,2 ]

Polymeraci a p-doping lze také provádět elektrochemicky. Výsledný vodivý polymer se odloupne od anody. Pro elektrochemickou syntézu polypyrrolu lze použít metody cyklické voltametrie a chronocoulometrie .

Vlastnosti

Filmy PPy jsou žluté, ale na vzduchu kvůli určité oxidaci ztmavnou. Dopované filmy jsou modré nebo černé v závislosti na stupni polymerace a tloušťce filmu. Jsou amorfní a vykazují pouze slabou difrakci. PPy je popsán jako „kvazi-unidimenzionální“ vs jednorozměrný, protože existuje určité zesíťování a přeskakování řetězce. Nedopované a dotované filmy jsou nerozpustné v rozpouštědlech, ale bobtnají. Doping činí materiály křehkými. Jsou stabilní na vzduchu až do 150 ° C, při které teplotě se dopant začíná vyvíjet (např. Jako HCl).

PPy je izolátor, ale jeho oxidované deriváty jsou dobrými elektrickými vodiči. Vodivost materiálu závisí na podmínkách a činidlech použitých při oxidaci. Vodivost se pohybuje od 2 do 100 S / cm. Vyšší vodivosti jsou spojeny s většími anionty, jako je tosylát . Dopování polymeru vyžaduje, aby materiál nabobtnal, aby pojal anionty kompenzující náboj. Fyzické změny spojené s tímto nabíjením a vybíjením byly diskutovány jako forma umělého svalu. Povrch polypyrrolových filmů má fraktální vlastnosti a iontová difúze skrz ně vykazuje anomální difúzní obrazec.

Aplikace

PPy a příbuzné vodivé polymery mají dvě hlavní aplikace v elektronických zařízeních a pro chemické senzory.

Trendy výzkumu

PPy je potenciálním prostředkem pro dodávání léků . Polymerní matrice slouží jako obal pro proteiny.

Polypyrol byl zkoumán jako podpora katalyzátoru pro palivové články a pro senzibilizaci katodových elektrokatalyzátorů.

Spolu s dalšími konjugovanými polymery, jako je polyanilin, poly (ethylendioxythiofen) atd., Byl polypyrrol studován jako materiál pro „umělé svaly“, což je technologie, která nabízí výhody oproti tradičním ovládacím prvkům motoru.

Polypyrol byl použit k potažení oxidu křemičitého a oxidu křemičitého s reverzní fází, čímž byl získán materiál schopný aniontové výměny a vykazující hydrofobní interakce.

Polypyrol byl použit při mikrovlnné výrobě vícestěnných uhlíkových nanotrubiček, což je rychlá metoda pro pěstování CNT.

Voděodolná polyuretanová houba potažená tenkou vrstvou polypyrrolu absorbuje 20násobek své hmotnosti v oleji a je opakovaně použitelná.

Za mokra spřádané polypyrrolové vlákno lze připravit chemickou polymerační pyrrol a DEHS jako dopant.

Viz také

Reference

  1. ^ Yu, EH; Sundmacher, K. (2007). „Trans IChemE, část B, Bezpečnost procesů a ochrana životního prostředí, 2007, 85 (B5): 489–493“. Enzymové elektrody pro oxidaci glukózy elektropolymerací pyrrolu . 85 (5): 489–493. doi : 10,1205 / psep07031 .
  2. ^ a b Vernitskaya, Tat'Yana V .; Efimov, Oleg N. (1997). "Polypyrrol: vodivý polymer; jeho syntéza, vlastnosti a aplikace". Russ. Chem. Rev . 66 (5): 443–457. Bibcode : 1997RuCRv..66..443V . doi : 10.1070 / rc1997v066n05abeh000261 .
  3. ^ a b Müller, D .; Rambo, CR; DOSRecouvreux; Porto, LM; Barra, GMO (leden 2011). "Chemická polymerace in situ polypyrrolu na nanovlákna bakteriální celulózy" . Syntetické kovy . 161 (1–2): 106–111. doi : 10.1016 / j.synthmet.2010.11.005 .
  4. ^ A. Angeli a A. Pieroni, Qazz. Chim. Ital. 49 (I), 164 (1919)
  5. ^ MacDiarmid, AG (2001). „Syntetické kovy: nová role pro organické polymery (Nobelova přednáška)“. Angew. Chem. Int. Vyd . 40 (14): 2581–2590. doi : 10.1002 / 1521-3773 (20010716) 40:14 <2581 :: aid-anie2581> 3.0.co; 2-2 .
  6. ^ Sabouraud, Guillaume; Sadki, Said; Brodie, Nancy (2000). "Mechanismy elektrolýzy pyrrolu" . Recenze chemické společnosti . 29 (5): 283–293. doi : 10,1039 / a807124a .
  7. ^ Rapi, S .; Bocchi, V .; Gardini, GP (01.05.1988). "Vedení polypyrrolu chemickou syntézou ve vodě" . Syntetické kovy . 24 (3): 217–221. doi : 10.1016 / 0379-6779 (88) 90259-7 . ISSN   0379-6779 .
  8. ^ Sharifi-Viand, Ahmad (2014). "Stanovení fraktálního drsného povrchu polypyrrolového filmu: AFM a elektrochemická analýza". Syntetické kovy . 191 : 104–112. doi : 10.1016 / j.synthmet.2014.02.021 .
  9. ^ Baughman, Ray H. (2005). "Hraní hry přírody s umělými svaly". Věda . 308 (5718): 63–65. doi : 10.1126 / science.1099010 . PMID   15802593 . S2CID   180181717 .
  10. ^ Ahmad Sharifi-Viand, Difúze samo-afinním povrchem polypyrrolového filmu Vacuum doi: 10.1016 / j.vacuum.2014.12.030
  11. ^ Sharifi-Viand, Ahmad (2012). "Vyšetřování anomální difúze a multifraktálních rozměrů ve filmu z polypyrrolu". Journal of Electroanalytical Chemistry . 671 : 51–57. doi : 10.1016 / j.jelechem.2012.02.014 .
  12. ^ Janata, Jiří; Josowicz, Mira (2003). "Článek o pokroku: Vedení polymerů v elektronických chemických senzorech". Přírodní materiály . 2 (1): 19–24. doi : 10,1038 / nmat768 . PMID   12652667 . S2CID   1250380 .
  13. ^ Geetha, S .; Rao, Chepuri RK; Vijayan, M .; Trivedi, DC (2006). „Biosenzace a dodávka léčiv polypyrolem“ „„ Molekulární elektronika a analytická chemie “. Analytica Chimica Acta . 568 (1–2): 119–125. doi : 10.1016 / j.aca.2005.10.011 . PMID   17761251 .
  14. ^ Unni, Sreekuttan M .; Dhavale, Vishal M .; Pillai, Vijayamohanan K .; Kurungot, Sreekumar (2010). „Elektrody s vysokým využitím Pt pro polymerní elektrolytové membránové palivové články dispergováním Pt částic vytvořených metodou předsrážení na uhlíku„ leštěném “polypyrolem. The Journal of fyzikální chemie C . 114 (34): 14654–14661. doi : 10,1021 / jp104664t .
  15. ^ Olson, Tim S .; Pylypenko, Svitlana; Atanassov, Plamen; Asazawa, Koichiro; Yamada, Koji; Tanaka, Hirohisa (2010). „Aniontoměničové membránové palivové články: Dual-Site Mechanism of Oxygen Reduction Reaction in Alkaline Media on Cobalt-Polypyrrole Electrocatalysts“. The Journal of fyzikální chemie C . 114 (11): 5049–5059. doi : 10,1021 / jp910572g .
  16. ^ http://atmsp.whut.edu.cn/resource/pdf/4987.pdf
  17. ^ Ge, Hailin; Wallace, GG (1991-12-27). "Vysoce účinná kapalinová chromatografie na polypyrrolem modifikovaném oxidu křemičitém". Journal of Chromatography A . 588 (1–2): 25–31. doi : 10.1016 / 0021-9673 (91) 85003-X .
  18. ^ pubs.rsc.org/cs/content/articlelanding/2011/CC/C1CC13359D
  19. ^ Chemical and Engineering News, 26 June2013 „Greasy Sponge Slurps Up Oil“ http://cen.acs.org/articles/91/web/2013/06/Greasy-Sponge-Slurps-Oil.html
  20. ^ Foroughi, J .; et al. (2008). "Výroba polypyrrolových vláken zvlákňováním za mokra". Syntetické kovy . 158 (3–4): 104–107. doi : 10.1016 / j.synthmet.2007.12.008 .