基于導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的研究及應(yīng)用.pdf

1、導(dǎo)電高分子自1977年被日本科學(xué)家白川英樹(Hideki Shirakawa)等人發(fā)現(xiàn)以來，徹底改變了人類對導(dǎo)電物質(zhì)的觀念。導(dǎo)電高分子以其獨特的電磁性質(zhì)、機械可塑性、耐腐蝕性和低廉的成本引起了全世界范圍內(nèi)科學(xué)家的注意。
　　 導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料結(jié)合了導(dǎo)電高分子的優(yōu)異性質(zhì)、納米科技的成果以及表面修正、功能化的作用，使導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、吸附能力、光電性質(zhì)和生物傳感等各方面性能均得到優(yōu)化。在光電磁學(xué)元件、生物

2、兼容性基質(zhì)、新型綠色清潔能源、隱形吸波材料、材料防腐等領(lǐng)域的實際應(yīng)用潛力日漸明顯，在可預(yù)見的將來必定在高分子化學(xué)、材料化學(xué)、生命科學(xué)等多個領(lǐng)域獲得更為廣泛的應(yīng)用。
　　 在眾多導(dǎo)電高分子材料中，噻吩類導(dǎo)電聚合物聚（3，4-二氧乙撐噻吩）(PEDOT)不僅電磁學(xué)性能優(yōu)異、機械加工性能良好，而且電/化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、透明度好、光電效率高和生物兼容性好等優(yōu)點。因此，PEDOT成為了生物傳感器、光電器件、超級電容器、太陽能電池、吸波材料、超

3、導(dǎo)材料及信息貯存材料等的理想材料。PEDOT體系化學(xué)穩(wěn)定好，對保持納米材料高分散性和原始功能結(jié)構(gòu)非常有利，因此PEDOT納米復(fù)合材料的研究已然成為導(dǎo)電高分子材料研究的熱點，也是PEDOT材料發(fā)展并走向?qū)嶋H應(yīng)用的必然。
　　 本論文致力于PEDOT納米復(fù)合導(dǎo)電高分子材料的設(shè)計與合成，對其性能和結(jié)構(gòu)形態(tài)進行表征，并致力于其對應(yīng)用的研究。努力實現(xiàn)導(dǎo)電高分子材料、納米技術(shù)、生物電化學(xué)和光譜電化學(xué)有機結(jié)合。本論文包括以下幾個方面：

4、　　 第一章緒論
　　 介紹了導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的導(dǎo)電原理、特點以及應(yīng)用研究現(xiàn)狀。總結(jié)了導(dǎo)電高分子納米材料在生物大分子固載方面的方法、特點和生物催化傳感應(yīng)用。以及鏈接化學(xué)、其在導(dǎo)電高分子納米材料功能化和修飾方面的應(yīng)用和研究意義。在此基礎(chǔ)上，提出了本論文的研究內(nèi)容及意義。
　　 第二章基于高水溶性PEDOT-PSS/Au納米復(fù)合材料的HRP固載及生物傳感研究
　　 一步法合成了高度水溶性的PEDOT-PSS/

5、Au納米復(fù)合材料，并用紫外（UV）、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等工具對PEDOT-PSS/Au納米復(fù)合材料進行表征。證明該納米復(fù)合物表面呈現(xiàn)納米紆維結(jié)構(gòu)(半徑200-300nm)，Au(2-7 nm)包裹在PEDOT-PSS復(fù)合結(jié)構(gòu)中。后又將該PEDOT-PSS/Au納米復(fù)合材料用于辣根過氧化酶（HRP）的固載，UV、紅外(FT-IR)均證明，HRP在PEDOT-PSS/Au納米復(fù)合材料中蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)保持良好，

6、催化活性很強，對過氧化氫(H202)有很好的線性催化響應(yīng)(2．O×10-7到3.8×10-4 Mol/L)，其最低檢測限為1.0×10-7mol/L，米氏常數(shù)為0.78 mrnol/L。實現(xiàn)了導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料對酶的高活性固載，為制備導(dǎo)電高分子生物電化學(xué)傳感器提供有利依據(jù)。
　　 第三章基于鏈接反應(yīng)的PEDOT導(dǎo)電高分子的二茂鐵功能化及電化學(xué)性能研究
　　 合成了疊氮基-3，4-乙撐二氧噻吩(N3-3，4-ethyl

7、enedioxythiophene)(N3-EDOT)單體，并采用電化學(xué)聚合方法在玻碳電極表面沉積了導(dǎo)電高分子薄膜疊氮基-聚(3，4-乙撐二氧噻吩)(N3-PEDOT)。并通過鏈接化學(xué)將具有良好電化學(xué)活性的二茂鐵衍生物--炔基化二茂鐵(Ethynylferrocene)固載到N3-PEDOT中，實現(xiàn)PEDOT薄膜的功能化。采用循環(huán)伏安法(CV)等電化學(xué)方法考察功能化導(dǎo)電高分子薄膜的電化學(xué)性質(zhì)，使用紅外光譜(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(

8、SEM)、表面增強拉曼光譜(Raman)等方法對功能化的導(dǎo)電高分子膜進行表征。二茂鐵修飾的PEDOT膜具有較高的電子傳遞速率(1.13 s-1)，該數(shù)值接近在多壁碳納米管表面鏈接二茂鐵時的電子傳遞速率值。本文還指出二茂鐵修飾的導(dǎo)電高分子膜具有良好的光電性質(zhì)，其電致變色的響應(yīng)時間僅為0.76 s，且具有豐富的色彩變化。
　　 第四章基于鏈接反應(yīng)的PEDOT/MWNT復(fù)合材料的制備及光電化學(xué)性能研究
　　 在第三章實驗的基礎(chǔ)