Полипиррол ( PPy ) - это органический полимер, полученный окислительной полимеризацией пиррола . Это твердое вещество с формулой H (C 4 H 2 NH) n H. Это действительно проводящий полимер , используемый в электронике, оптике, биологии и медицине. [2] [3]
История [ править ]
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 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 Ширакава. [5]
Синтез [ править ]
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
Считается, что этот процесс происходит за счет образования пиградикального катиона 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 получают путем окисления («р-легирования») полимера:
- (C 4 H 2 NH) n + 0,2 X → [(C 4 H 2 NH) n X 0,2 ]
Полимеризация и р-легирование также могут осуществляться электрохимическим способом. Полученный проводящий полимер отслаивается от анода. Методы циклической вольтамперометрии и хронокулометрии могут быть использованы для электрохимического синтеза полипиррола. [8]
Свойства [ править ]
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 легирующая добавка 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] Поверхность полипиррольных пленок проявляет фрактальные свойства, и ионная диффузия через них показывает аномальную картину диффузии . [10] [11]
Приложения [ править ]
PPy и родственные ему проводящие полимеры имеют два основных применения в электронных устройствах и в химических датчиках. [12]
Тенденции исследований [ править ]
PPy является потенциальным средством доставки лекарств . Полимерная матрица служит контейнером для белков. [13]
Полипиррол был исследован в качестве носителя 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]
См. Также [ править ]
- Органический полупроводник
- Тетрапирроли
Ссылки [ править ]
- ^ Yu, EH; 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. DOI : 10.1205 / psep07031 .
- ^ a b Верницкая, Татьяна В .; Ефимов, Олег Н. (1997). «Полипиррол: проводящий полимер; его синтез, свойства и применение». Русь. Chem. Ред . 66 (5): 443–457. Bibcode : 1997RuCRv..66..443V . DOI : 10.1070 / rc1997v066n05abeh000261 .
- ^ a b Müller, D .; Рэмбо, CR; DOSRecouvreux; Порту, LM; Барра, ГМО (январь 2011 г.). «Химическая полимеризация in situ полипиррола на нановолокнах бактериальной целлюлозы» . Синтетические металлы . 161 (1–2): 106–111. DOI : 10.1016 / j.synthmet.2010.11.005 .
- ^ А. Ангели и А. Pieroni, Qazz. Чим. Ital. 49 (I), 164 (1919)
- ^ МакДиармид, AG (2001). «Синтетические металлы: новая роль органических полимеров (Нобелевская лекция)». Энгью. Chem. Int. Эд . 40 (14): 2581–2590. DOI : 10.1002 / 1521-3773 (20010716) 40:14 <2581 :: АИД-anie2581> 3.0.co; 2-2 .
- ^ Сабуро, Гийом; Садки, Саид; Броди, Нэнси (2000). «Механизмы электрополимеризации пиррола» . Обзоры химического общества . 29 (5): 283–293. DOI : 10.1039 / a807124a .
- ^ Rapi, S .; Bocchi, V .; Гардини, GP (1988-05-01). «Проведение полипиррола химическим синтезом в воде» . Синтетические металлы . 24 (3): 217–221. DOI : 10.1016 / 0379-6779 (88) 90259-7 . ISSN 0379-6779 .
- ^ Шарифи-Вианд, Ахмад (2014). «Определение фрактальной шероховатой поверхности полипиррольной пленки: АСМ и электрохимический анализ». Синтетические металлы . 191 : 104–112. DOI : 10.1016 / j.synthmet.2014.02.021 .
- ^ Боман, Ray H. (2005). «Игра в природную игру с искусственными мышцами». Наука . 308 (5718): 63–65. DOI : 10.1126 / science.1099010 . PMID 15802593 .
- ^ Ахмад Шарифи-Вианд, Диффузия через самоаффинную поверхность полипиррольной пленки Vacuum doi: 10.1016 / j.vacuum.2014.12.030
- ^ Шарифи-Вианд, Ахмад (2012). «Исследование аномальной диффузии и мультифрактальных размерностей в полипиррольной пленке». Журнал электроаналитической химии . 671 : 51–57. DOI : 10.1016 / j.jelechem.2012.02.014 .
- ^ Джаната, Иржи; Йосович, Мира (2003). "Прогресс статьи: Проводящие полимеры в электронных химических датчиках". Материалы природы . 2 (1): 19–24. DOI : 10.1038 / nmat768 . PMID 12652667 .
- ^ Geetha, S .; Рао, Чепури РК; 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. DOI : 10.1016 / j.aca.2005.10.011 . PMID 17761251 .
- ^ 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. DOI : 10.1021 / jp104664t .
- ^ 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. DOI : 10.1021 / jp910572g .
- ^ http://atmsp.whut.edu.cn/resource/pdf/4987.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Ге, Хайлин; Уоллес, Г. Г. (1991-12-27). «Высокоэффективная жидкостная хроматография на диоксиде кремния, модифицированном полипирролом». Журнал хроматографии A . 588 (1–2): 25–31. DOI : 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 рассыпает масло» http://cen.acs.org/articles/91/web/2013/06/Greasy-Sponge-Slurps-Oil.html
- ^ Foroughi, J .; и другие. (2008). «Производство полипиррольных волокон методом мокрого прядения». Синтетические металлы . 158 (3–4): 104–107. DOI : 10.1016 / j.synthmet.2007.12.008 .