Polipirol

Polipirol
Pirol można polimeryzować elektrochemicznie.

Polipirol ( PPy ) jest polimerem organicznym otrzymywanym w wyniku polimeryzacji oksydacyjnej pirolu . Jest ciałem stałym o wzorze H(C 4 H 2 NH) n H. Jest to polimer samoistnie przewodzący , stosowany w elektronice, optyce, biologii i medycynie.

Historia

Niektóre z pierwszych przykładów PPy zostały opisane w 1919 roku przez Angeli i Pieroni, którzy opisali powstawanie sadzy pirolowej z bromku pirolu-magnezu. Od tego czasu reakcję utleniania pirolu badano i opisywano w literaturze naukowej.

Prace nad polimerami przewodzącymi, w tym polipirolem, politiofenem , polianiliną i poliacetylenem , przyniosły w 2000 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii Alanowi J. Heegerowi, Alanowi G. MacDiarmidowi i Hideki Shirakawie.

Synteza

Do syntezy PPy można zastosować różne metody, ale najczęstsze to 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 ten zachodzi poprzez utworzenie pirodnikowego kationu C 4 H 4 NH + . Ten elektrofil atakuje węgiel C - 2 nieutlenionej cząsteczki pirolu , dając dimeryczny kation [( C4H4NH ) 2 ] ++ . Proces powtarza się wiele razy.

Przewodzące formy PPy wytwarza się przez utlenianie („domieszkowanie p”) polimeru:

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

Polimeryzację i domieszkowanie p można także przeprowadzić elektrochemicznie. Powstały przewodzący polimer jest odklejany od anody. Do elektrochemicznej syntezy polipirolu można zastosować metody woltamperometrii cyklicznej i chronokulometrii.

Nieruchomości

Warstwy PPy są żółte, ale w powietrzu ciemnieją w wyniku utleniania. Folie domieszkowane są w kolorze niebieskim lub czarnym, w zależności od stopnia polimeryzacji i grubości folii. Są amorficzne i wykazują jedynie słabą dyfrakcję. PPy jest opisywany jako „quasi-jednowymiarowy” w porównaniu z jednowymiarowym, ponieważ występuje pewne sieciowanie i przeskakiwanie łańcuchów. Folie niedomieszkowane i domieszkowane są nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach, ale pęcznieją. Domieszkowanie powoduje, że materiały stają się kruche. Są stabilne w powietrzu do temperatury 150°C, w której to temperaturze zaczyna wydzielać się domieszka (np. w postaci HCl).

PPy jest izolatorem, ale jego utlenione pochodne są dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego. Przewodność materiału zależy od warunków i odczynników stosowanych w utlenianiu. Przewodność mieści się w zakresie 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. Zmiany fizyczne związane z ładowaniem i rozładowywaniem zostały omówione jako forma sztucznego mięśnia. Powierzchnia folii polipirolowych wykazuje fraktalne , a dyfuzja jonów przez nie wykazuje dyfuzję anomalną wzór.

Aplikacje

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

Trendy badawcze

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

Polipirol badano jako nośnik katalizatora w ogniwach paliwowych oraz w celu uwrażliwienia elektrokatalizatorów katodowych.

Wraz z innymi sprzężonymi polimerami, takimi jak polianilina, poli(etylenodioksytiofen) itp., badano polipirol jako materiał do „sztucznych mięśni”, co stanowi technologię oferującą zalety w porównaniu z tradycyjnymi elementami uruchamiającymi silnik.

Do powlekania krzemionki i krzemionki z odwróconymi fazami zastosowano polipirol, uzyskując materiał zdolny do wymiany anionowej i wykazujący oddziaływania hydrofobowe.

Polipirol wykorzystano do mikrofalowego wytwarzania wielościennych nanorurek węglowych, co stanowi szybką metodę hodowli CNT.

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

Włókno polipirolowe przędzone na mokro można przygotować poprzez polimeryzację chemiczną, pirol i DEHS jako domieszkę.

Zobacz też

  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 poprzez elektropolimeryzację pirolu . 85 (5): 489–493. doi : 10.1205/psep07031 .
  2. ^ ab .; Vernitskaya, Tat'Yana V   Efimov, Oleg N. (1997). „Polipirol: polimer przewodzący; jego synteza, właściwości i zastosowania”. Russ. Chem. Ks . 66 (5): 443–457. Bibcode : 1997RuCRv..66..443V . doi : 10.1070/rc1997v066n05abeh000261 . S2CID 250889925 .
  3. ^ ab Müller , D.; Rambo, CR; DOS Recouvreux; Porto, LM; Barra, GMO (styczeń 2011). „Chemiczna polimeryzacja in situ polipirolu na nanowłókienach celulozy bakteryjnej” . Metale syntetyczne . 161 (1–2): 106–111. doi : 10.1016/j.synthmet.2010.11.005 .
  4. ^ A. Angeli i A. Pieroni, Qazz. Chim. Włoski. 49 (ja), 164 (1919)
  5. ^ MacDiarmid, AG (2001). „Metale syntetyczne: nowatorska rola polimerów organicznych (wykład Nobla)”. Angew. Chem. Wewnętrzne 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, Said; Brodie, Nancy (2000). „Mechanizmy elektropolimeryzacji pirolu” . Recenzje Towarzystwa Chemicznego . 29 (5): 283–293. doi : 10.1039/a807124a .
  7. ^   Rapi, S.; Bocchi, V.; Gardini, lekarz rodzinny (01.05.1988). „Przewodnictwo 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). „Określanie fraktalnej chropowatej powierzchni folii polipirolowej: AFM i analiza elektrochemiczna”. Metale syntetyczne . 191 : 104–112. doi : 10.1016/j.synthmet.2014.02.021 .
  9. ^    Baughman, Ray H. (2005). „Gra w naturę ze sztucznymi mięśniami”. Nauka . 308 (5718): 63–65. doi : 10.1126/science.1099010 . PMID 15802593 . S2CID 180181717 .
  10. ^ Ahmad Sharifi-Viand, Dyfuzja przez samoafiniczną powierzchnię folii polipirolowej Vacuum doi: 10.1016/j.vacuum.2014.12.030
  11. ^ Sharifi-Viand, Ahmad (2012). „Badanie anomalnej dyfuzji i wymiarów multifraktalnych w folii polipirolowej”. Journal of Electroanalytical Chemistry . 671 : 51–57. doi : 10.1016/j.jelechem.2012.02.014 .
  12. ^    Janata, Jiri; Josowicz, Mira (2003). „Artykuł postępu: Polimery przewodzące w elektronicznych czujnikach chemicznych”. Materiały natury . 2 (1): 19–24. doi : 10.1038/nmat768 . PMID 12652667 . S2CID 1250380 .
  13. ^   Geetha, S.; Rao, Chepuri, Republika Południowej Afryki; Vijayan, M.; Trivedi, DC (2006). „Biosensing i dostarczanie leków za pomocą polipirolu” „Elektronika molekularna i chemia analityczna”. 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 wysokiej zawartości Pt do ogniw paliwowych z membraną polimerowo-elektrolitową poprzez dyspersję cząstek Pt utworzonych metodą wytrącania na węglu „polerowanym” polipirolem”. The Journal of Physical Chemistry C. 114 (34): 14654–14661. doi : 10.1021/jp104664t .
  15. ^ Olson, Tim S.; Pylypenko, Svitlana; Atanasow, Plamen; Asazawa, Koichiro; Yamada, Koji; Tanaka, Hirohisa (2010). „Ogniwa paliwowe z membraną anionowymienną: dwumiejscowy mechanizm reakcji redukcji tlenu w mediach alkalicznych na elektrokatalizatorach kobaltowo-polipirolowych”. The Journal of Physical Chemistry C. 114 (11): 5049–5059. doi : 10.1021/jp910572g .
  16. ^ „Kopia zarchiwizowana” (PDF) . atmsp.whut.edu.cn . Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 21 listopada 2011 r . Źródło 30 czerwca 2022 r . {{ cite web }} : CS1 maint: zarchiwizowana kopia jako tytuł ( link )
  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 pochłania olej” http://cen.acs.org/articles/91/web/2013/06/Greasy-Sponge-Slurps-Oil.html
  20. ^ Foroughi, J.; i in. (2008). „Produkcja włókien polipirolowych metodą przędzenia na mokro”. Metale syntetyczne . 158 (3–4): 104–107. doi : 10.1016/j.synthmet.2007.12.008 .
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Polypyrrole&oldid=1129469633 ”