Polipirol - Polypyrrole

Polipirol
Pirol można polimeryzować elektrochemicznie.

Polipirol ( PPy ) to organiczny polimer otrzymywany w wyniku utleniającej polimeryzacji pirolu . Jest to ciało stałe o wzorze H (C 4 H 2 NH) n H. Jest to samoistnie przewodzący polimer , stosowany w elektronice, optyce, biologii i medycynie.

Historia

Niektóre z pierwszych przykładów PPy zostały opisane w 1919 r. Przez Angeli i Pieroni, którzy opisali tworzenie się czerni pirolowej z bromku pirolomagnezu. Od tego czasu reakcja utleniania pirolu była badana i opisywana w literaturze naukowej.

Praca nad przewodzącymi polimerami, w tym polipirolem, politiofenem , polianiliną i poliacetylenem, została nagrodzona Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 2000 r. Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid i Hideki Shirakawa.

Synteza

Do syntezy PPy można stosować różne metody, ale najpowszechniejsze są synteza elektrochemiczna i utlenianie chemiczne.

Chemiczne utlenianie pirolu:

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

Uważa się, że proces zachodzi poprzez tworzenie pi- rodnikowego kationu C 4 H 4 NH + . Ten elektrofil atakuje węgiel C-2 nieutlenionej cząsteczki pirolu, dając dimeryczny kation [(C 4 H 4 NH) 2 ] ++ . Proces powtarza się wielokrotnie.

Przewodzące formy PPy są przygotowywane przez utlenianie („p-domieszkowanie”) polimeru:

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

Polimeryzację i p-domieszkowanie można również przeprowadzić elektrochemicznie. Powstały przewodzący polimer jest odklejany od anody. Metody woltamperometrii cyklicznej i chronokulometrii można wykorzystać do elektrochemicznej syntezy polipirolu.

Nieruchomości

Folie PPy są żółte, ale ciemnieją w powietrzu z powodu pewnego utleniania. Folie domieszkowane są niebieskie lub czarne w zależności od stopnia polimeryzacji i grubości folii. Są bezpostaciowe, wykazują jedynie słabą dyfrakcję. PPy jest opisywane jako „quasi-jednowymiarowe” vs jednowymiarowe, ponieważ występuje pewne sieciowanie i przeskok łańcuchowy. Folie z domieszką i domieszkowane są nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach, ale pęcznieją. Doping sprawia, że ​​materiały są kruche. Są stabilne w powietrzu do 150 ° C, w której to temperaturze domieszka zaczyna ewoluować (np. Jako HCl).

PPy jest izolatorem, ale jego utlenione pochodne są dobrymi przewodnikami elektrycznymi. Przewodność materiału zależy od warunków i odczynników użytych do utleniania. Przewodności wahają się od 2 do 100 S / cm. Wyższe przewodności są związane z większymi anionami, takimi jak tosylan . Domieszkowanie polimeru wymaga, aby materiał pęczniał, aby pomieścić aniony kompensujące ładunek. Fizyczne zmiany związane z tym ładowaniem i rozładowywaniem zostały omówione jako forma sztucznego mięśnia. Powierzchnia filmów polipirolowych wykazuje właściwości fraktalne , a dyfuzja jonów przez nie wykazuje anomalny wzór dyfuzji .

Aplikacje

PPy i pokrewne polimery przewodzące mają dwa główne zastosowania w urządzeniach elektronicznych i czujnikach chemicznych.

Trendy badawcze

PPy jest potencjalnym nośnikiem dostarczania leków . Matryca polimerowa służy jako pojemnik na białka.

Badano polipirol jako nośnik katalizatora dla ogniw paliwowych i uczulający elektrokatalizatory katodowe.

Wraz z innymi sprzężonymi polimerami, takimi jak polianilina, poli (etylenodioksytiofen) itp., Polipirol badano jako materiał na „sztuczne mięśnie”, technologię, która oferuje korzyści w porównaniu z tradycyjnymi elementami uruchamiającymi silnik.

Polipirol został użyty do pokrycia krzemionki i krzemionki z odwróconymi fazami, aby uzyskać materiał zdolny do wymiany anionów i wykazujący oddziaływania hydrofobowe.

Polipirol został użyty do wytwarzania wielowarstwowych nanorurek węglowych za pomocą mikrofal, co jest szybką metodą hodowania nanorurek CNT.

Wodoodporna gąbka poliuretanowa pokryta cienką warstwą polipirolu pochłania 20-krotność swojej wagi w oleju i nadaje się do wielokrotnego użytku.

Włókno polipirolowe przędzone na mokro można przygotować z pirolu polimeryzacji chemicznej i DEHS jako domieszki.

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ Yu, EH; Sundmacher, K. (2007). „Trans IChemE, część B, bezpieczeństwo procesowe i ochrona środowiska, 2007, 85 (B5): 489–493”. Elektrody enzymatyczne do utleniania glukozy przez elektropolimeryzację pirolu . 85 (5): 489–493. doi : 10.1205 / psep07031 .
  2. ^ a b Vernitskaya, Tat'Yana V .; Efimov, Oleg N. (1997). „Polipirol: polimer przewodzący; jego synteza, właściwości i zastosowania”. 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 (styczeń 2011). „Chemiczna polimeryzacja in situ polipirolu na bakteryjnych nanowłókien celulozowych” . Metale syntetyczne . 161 (1–2): 106–111. doi : 10.1016 / j.synthmet.2010.11.005 .
  4. ^ A. Angeli i A. Pieroni, Qazz. Chim. Ital. 49 (I), 164 (1919)
  5. ^ MacDiarmid, AG (2001). „Metale syntetyczne: nowatorska rola polimerów organicznych (wykład Nobla)”. Angew. Chem. Int. Ed . 40 (14): 2581–2590. doi : 10.1002 / 1521-3773 (20010716) 40:14 <2581 :: aid-anie2581> 3.0.co; 2-2 .
  6. ^ Sabouraud Guillaume; Sadki, Saïd; Brodie, Nancy (2000). „Mechanizmy elektropolimeryzacji pirolu” . Recenzje Towarzystwa Chemicznego . 29 (5): 283–293. doi : 10.1039 / a807124a .
  7. ^ Rapi, S .; Bocchi, V .; Gardini, GP (1988-05-01). „Przewodzenie polipirolu na drodze syntezy chemicznej w wodzie” . Metale syntetyczne . 24 (3): 217–221. doi : 10.1016 / 0379-6779 (88) 90259-7 . ISSN   0379-6779 .
  8. ^ Sharifi-Viand, Ahmad (2014). „Wyznaczanie fraktalnej szorstkiej powierzchni filmu polipirolowego: AFM i analiza elektrochemiczna”. Metale syntetyczne . 191 : 104–112. doi : 10.1016 / j.synthmet.2014.02.021 .
  9. ^ Baughman, Ray H. (2005). „Zabawa w naturę ze sztucznymi mięśniami”. Science . 308 (5718): 63–65. doi : 10.1126 / science.1099010 . PMID   15802593 . S2CID   180181717 .
  10. ^ Ahmad Sharifi-Viand, Dyfuzja przez samo-afiniczną powierzchnię folii polipirolowej Vacuum doi: 10.1016 / j.vacuum.2014.12.030
  11. ^ Sharifi-Viand, Ahmad (2012). „Badanie anomalnej dyfuzji i wymiarów multifraktalnych w filmie polipirolowym”. Journal of Electroanalytical Chemistry . 671 : 51–57. doi : 10.1016 / j.jelechem.2012.02.014 .
  12. ^ Janata Jiri; Josowicz, Mira (2003). „Artykuł o postępach: Przewodzenie polimerów w elektronicznych czujnikach chemicznych”. Materiały natury . 2 (1): 19–24. doi : 10.1038 / nmat768 . PMID   12652667 . S2CID   1250380 .
  13. ^ Geetha, S .; Rao, Chepuri RK; Vijayan, M .; Trivedi, DC (2006). „Biosensing i dostarczanie leków przez polipirole” „Molecular Electronics and Analytical Chemistry”. 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 o wysokim wykorzystaniu Pt w polimerowych elektrolitowych ogniwach paliwowych z membraną przez rozpraszanie cząstek Pt utworzonych metodą wytrącania na węglu„ polerowanym ”z polipirolem”. Journal of Physical Chemistry C . 114 (34): 14654–14661. doi : 10.1021 / jp104664t .
  15. ^ Olson, Tim S .; Pylypenko, Svitlana; Atanassov, Plamen; Asazawa, Koichiro; Yamada, Koji; Tanaka, Hirohisa (2010). "Anion-Exchange Membrane Fuel Cells: Dual-Site Mechanism of Oxygen Reduction Reaction in Alkaline Media on Cobalt-Polipyrrole Electrocatalysts". Journal of Physical Chemistry C . 114 (11): 5049–5059. doi : 10.1021 / jp910572g .
  16. ^ http://atmsp.whut.edu.cn/resource/pdf/4987.pdf
  17. ^ Ge, Hailin; Wallace, GG (27.12.1991). „Wysokosprawna chromatografia cieczowa na krzemionce modyfikowanej polipirolem”. Journal of Chromatography A . 588 (1–2): 25–31. doi : 10.1016 / 0021-9673 (91) 85003-X .
  18. ^ pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/CC/C1CC13359D
  19. ^ Wiadomości chemiczne i inżynieryjne, 26 czerwca 2013 r. „Tłusta gąbka siorbi olej” http://cen.acs.org/articles/91/web/2013/06/Greasy-Sponge-Slurps-Oil.html
  20. ^ Foroughi, J .; et al. (2008). „Produkcja włókien polipirolowych metodą przędzenia na mokro”. Metale syntetyczne . 158 (3–4): 104–107. doi : 10.1016 / j.synthmet.2007.12.008 .