聚噻吩 :红色无定型固体的导电聚合物

更新时间:2023-09-25 13:55

噻吩(Polythiophene,缩写PT)是一种常见的导电聚合物,由噻吩聚合生成。

噻吩掺杂后导电率为10-16-102(S/cm),聚噻吩是不溶不熔的,但聚噻吩在掺杂前是较稳定的。聚噻吩的合成可用化学法和电化学制成;将噻吩单体电解质高氯酸乙基混合加到1-溴-2-硝基苯中,以玻璃板上镀上氧化,氧化锡分别作阳极和阴极进行电化学聚合,电流密度为2mA/cm2,噻吩在阳极表面发生聚合,形成墨绿色的聚噻吩薄膜Chemicalbook(含有过氯酸盐离子),电解温度为-20-+30℃,通电20min,可生成约10μm厚的薄膜,很易从电极上剥下来,这种薄膜当在100℃空气中加热时不分解,本身是柔性的,制造工艺较简单,可得到导电率为13(Ω.cm)-1。

在通过掺杂向共轭π轨道引入或去除电子时,可转变为导体。除了导电性,聚噻吩还具有独特的光学性质。在溶剂、温度、电势和其他分子等环境因素影响下,主链会发生扭转,共轭结构被破坏,导致聚噻吩迅速发生颜色转变。这些特殊的电学和光学性质使得聚噻吩及其类似的共轭聚合物具有潜在的传感器应用。

因此,聚噻吩及其类似物是近年的研究热门课题。2000年,诺贝尔化学奖颁给了研究这一主题的艾伦·黑格(Alan J. Heeger)、艾伦·麦克德尔米德(Alan MacDiarmid)和白川英树(Hideki Shirakawa)。

基本介绍

化学式如右图所示。本征态聚噻吩为红色无定型固体,掺杂后则显绿色。这一颜色变化可应用于电致变色器件。聚噻吩不溶,有很高的强度。在三氟化硼乙醚络合物中电化学聚合得到的聚噻吩强度大于金属铝。

聚噻吩的能隙较小,但氧化掺杂电位较高,故其氧化态在空气中很不稳定,迅速被还原为本征态。同时聚噻吩可以被还原掺杂。聚噻吩很容易在3位引入侧链,根据侧链的不同,聚噻吩的溶解性以及电化学性质有较大的区别。

噻吩可以由2,5位带有特定官能团的噻吩单体通过偶联得到,也可以通过噻吩的电化学聚合制得。其聚合电位很高,通常在2.0V以上。使用三氟化硼乙醚络合物溶剂可大大降低噻吩的聚合电位(~1.2V)。

聚噻吩可用于有机太阳能电池化学传感,电致发光器件等。聚噻吩的衍生物PEDOT是有机电致发光器件制备中重要的空穴传输层材料。

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