0引言纳米导电聚合物由于它们独特的化学和物理性质及潜在应用于电子器件模块受到了广泛关注.合成纳米聚合物的方法有很多，主要包括辅助模板法［13］，界面聚合［4］，软模板聚合.然而，大多数报道的重点是合成零维或一维的纳米结构（纳米球，纳米管），很少关于高阶空间纳米结构，例如，应用于制造电子器件［5］的二维［6］或者三维纳米结构.本文介绍了用氧化模板法合成二维回形针状纳米聚苯胺，其中的氧化模板是由阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和过硫酸铵（APS）组成的.这类氧化模板有潜力成为沉淀聚合法合成导电聚合物最常用的模板.　　本文采用一种简单的方法：常规氧化模板法一步合成回形针状纳米聚苯胺.回形针状的形态通过阴离子氧化剂（S2O2-8）和阳离子表面活性剂之间的复杂混合形成.没有模板制备的聚苯胺形态通常是颗粒状的，而有模板的形态是二维纳米结构.这种常规氧化模板法可以用来控制大部分形态，适用于大规模生产或其它沉淀聚合系统，例如，金属氧化物的溶胶凝胶技术.1实验部分1.1试剂与仪器　　试剂：苯胺；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）；过硫酸铵（APS）；1 mol/L HCl；去离子水；丙酮.仪器：标准四探针电导率仪；傅里叶红外光谱仪；日立S3000N型扫描电子显微镜；上海辰华CHI660D电化学工作站.1.2无模板聚苯胺的制备　　在冰水浴的条件下，取0.09 mol的苯胺，加入60 mL浓度为1 mol/L的HCl搅拌10 min使其混合均匀，溶液都冷却到0~3 ℃.再缓慢加入003 mol/L的APS，静置反应24 h，深绿色的聚苯胺被析出，用大量去离子水，1 mol/L HCl和丙酮洗涤，最后真空干燥12 h.1.3有模板聚苯胺的制备　　在冰水浴的条件下，取0.01 mol的CTAB使其均匀分散在60 mL浓度为1 mol/L的HCl中.然后磁力搅拌10 min，加入0.03 mol的APS并继续搅拌10 min致使反应模板以白色颗粒的形式出现.溶液都冷却到0~3 ℃.再加入0.09 mol/L的苯胺静置反应24 h，深绿色的聚苯胺被析出，用大量去离子水，1 mol/L HCl和丙酮洗涤，最后真空干燥12 h.2结果与讨论2.1电导率的测定　　采用四探针法对所制备的聚苯胺材料进行了电导率的测定.将粉末在30 MPa压力下压片，结果如表1和表2和所示.测定电导率的公式如下：σ=lR×A(1)
式（1）中R为样品电阻（Ω）；l为两根探针间的距离（cm）；A为样品的横截面积.表1有模板制备聚苯胺的电导率
Table 1Conductivities of polyanilien
prepared with templateS·cm-1
苯胺与氧化剂摩尔比11121314电导率1.881.922.202.32表2无模板制备聚苯胺的电导率
Table 2Conductivities of polyanilien
prepared without templateS·cm-1
苯胺与氧化剂摩尔比11121314电导率2.252.412.502.55从表1和表2中可以观察到有无模板对聚苯胺的电导率影响不大，范围在1.8~2.5 S/cm.无模板的电导率略大于有模板的，随着氧化剂用量的增加，电导率都呈增大的趋势，但是并不明显.第7期赵旭，等：回形针状纳米聚苯胺的合成及表征
武汉工程大学学报第33卷
2.2表面形貌的分析　　聚苯胺的扫描电镜图片如图1所示.图1显示无模板制备聚苯胺的形态是颗粒状的，而有模板的形态是回形针状的.这表明有无CTAB的加入对聚苯胺的形态有很大影响.颗粒状的直接约为100 nm，回形针状的直接约为50~70 nm.同时单体与氧化剂的比例也对回形针状的形貌有影响，当其比例达到最佳时形貌最清晰，如图1C所示.

图1聚苯胺的扫描电镜图片
Fig.1SEM images of A polyaniline prepared without template, polyaniline prepared with template in the
different feed ratio of mononer to oxidant B 11, C 12,D 13
注：A无模板制备；B有模板，单体与氧化剂摩尔比为11；C有模板，单体与氧化剂摩尔比为12；
D有模板，单体与氧化剂摩尔比为13.2.3红外光谱的分析图2和图3分别是有模板和无模板制备聚苯胺的红外图谱.从图中可以得到聚苯胺红外光谱的主要峰值与以前报道的结果一致.3 224 cm-1（3 223 cm-1）左右出现的吸收峰是由于N—H键的伸缩震动.1 564 cm-1与1 492 cm-1（1 573 cm-1与1 493 cm-1）处的峰分别对应聚苯胺分子结构中的醌式结构和苯环上的CC双键的伸缩振动.1 295 cm-1（1 297 cm-1）处对应苯环上C—N键的伸缩振动.1 109 cm-1（1 121 cm-1）处的峰对应C—H键面内弯曲振动，879 cm-1（820 cm-1）处的峰对应1,4取代苯环上的C—H面外弯曲振动.798 cm-1（790 cm-1）,701 cm-1（680 cm-1）和617 cm-1（616 cm-1）处的峰对应苯基的5个C—H键组的摇摆振动.这表明有无模板对聚苯胺的结构影响不大.图2无模板制备聚苯胺的红外图谱
Fig.2FTIR spectrum of polyaniline prepared
without template 图3有模板制备聚苯胺的红外图谱
Fig.3FTIR spectrum of polyaniline prepared
with template2.4电化学分析先将聚苯胺粉末在Pt电极制成膜，然后放入1 mol/L KCl电解液中进行扫描.扫描速率100 mV/s，扫描范围：-0.2～1.0 V.扫描结果如图4所示.图4聚苯胺的循环伏安图
Fig.4Cyclic voltammograms of polyaniline prepared
without a and with b? template
注：a.无模板制备，b.有模板制备聚苯胺的循环伏安图.
从图4中可知a和b均有一对氧化还原峰，其中a的氧化峰电压为0.5 V，峰电流为3.8×10-5 A；还原峰电压为0.03 V，峰电流为6.0×10-5 A.而b的的氧化峰电压为0.4 V，峰电流为3.0×10-5 A；还原峰电压为0.05 V，峰电流为7.0×10-5 A.因为a和b的氧化还原峰电压差异不大，可以得出有无CTA的得加入对聚苯胺的电化学活性影响不大.3结语用常规氧化模板法制备了具有二维结构的回形针状纳米聚苯胺.其特点如下：a.所用的氧化模板使反应迅速，同时此反应为一步法，反应过程简单；b.回形针状的结构是由氧化模板薄片经过复杂的组装形成的；c.与不加入模板形成的聚苯胺颗粒样品相比，纳米回形针状聚苯胺的电导率与电化学活性相差不大.