聚三噻吩类共轭聚合物/二氧化钛复合材料的制备及其性能研究

本项目以含EDOT和类EDOT 单元的三噻吩类化合物为单体，分别采用溶液法和固相反应法合成以聚三噻吩类聚合物为有机相、纳米TiO2 为无机相的核壳结构复合材料即聚三噻吩类共轭聚合物/纳米TiO2复合材料。研究复合材料中聚三噻吩类共轭聚合物结构和纳米TiO2在复合材料中的所占比例对材料整体的性质、功能的贡献和影响。研究该类复合材料的光催化活性，来评价该类复合材料在光催化领域内潜在的应用价值，提供理论和实践基础。通过研究聚三噻吩类共轭聚合物/纳米TiO2复合材料的溶液法和固相反应法制备反应条件，探讨均匀复合的最佳条件，实现可控均匀复合。并与溶液法比较，找出固相反应法制备该类复合材料的优势以及缺陷，提出弥补缺陷的方法和技术思路。

本项目探讨了含3,4-烷撑二氧噻吩单元（EDOT和类EDOT单元）噻吩衍生物的固相聚合活性，研究了固相法制备含3,4-烷撑二氧噻吩类单元的聚噻吩衍生物分别与TiO2、 ZnO、石墨烯、碳纳米管等无机纳米颗粒的复合材料。通过对复合材料的表征，探讨了反应条件对复合材料结构与性能的影响，研究了固相研磨过程的可控性问题，分析了复合物中无机组分和聚三噻吩类共轭聚合物的结构、粒径及其在复合材料中的所占比例对材料整体的性质、功能的贡献和影响。研究发现EDOT类单元封端三噻吩类化合物在固相聚合中，由于生成的自由基比较稳定，导致固相反应活性下降。单体的固相聚合研究表明，单体和氧化剂结构以及[单体]/[氧化剂]比例对聚合物的结构与性能产生影响。聚(3,4-乙撑二氧-2,2´:5´,2´´-三噻吩)的p-掺杂行为表明，该聚合物具有良好的酸致变色特性。对于固相法制备含3,4-烷撑二氧噻吩类单元的聚噻吩衍生物/TiO2复合材料的研究表明，通过固相法可以得到具有高比电容 (219 F/g)的复合材料，而且聚合物与TiO2之间的协同效应改善了复合物的光催化性能。在聚合物/TiO2复合体系中，加入石墨烯可提高复合物的光催化活性。在复合物中，聚(3',4'-丙烯二氧-2,2':5',2"-三噻吩)/TiO2表现出最高的光催化活性，其在太阳光下，对亚甲基蓝水溶液降解率为90.5%。对于固相法制备含3,4-烷撑二氧噻吩类单元的聚噻吩衍生物/ZnO复合材料的研究表明，手工研磨和球磨法进行物理混合均适用于该类复合物的制备。固相原位制备这类复合物时，ZnO的晶型在反应过程中受到了破坏。聚(3,4-乙撑二氧-2,2´:5´,2´´-三噻吩)/ZnO对亚甲基蓝水溶液光催化效率最高可达100%。对于固相法制备含3',4'-烷撑二氧噻吩单元聚噻吩衍生物与石墨烯或碳纳米管复合材料的研究表明，聚(3,4-乙撑二氧-2,2´:5´,2´´-三噻吩)/石墨烯复合物中，石墨烯的含量为12wt%的复合物的比电容最高达到了206F/g，并且在充放电循环1000圈时的电容保持率可达到78%。聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/单壁碳纳米管复合物中，当单壁碳纳米管的含量为8wt.%时，复合物有最大的比电容值188 F/g。