Комплексы полианилина с сульфированным полисульфоном, их структура и сенсорные свойства

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Химическую полимеризацию анилина проводили в водных растворах сульфированного полисульфона (СПС) при различных соотношениях концентраций анилина и сульфогрупп СПС. Ход полимеризации был исследован методом in situ спектроскопии в УФ-видимой-ближней ИК-областях. Показано, что при увеличении концентрации СПС скорость полимеризации увеличивается. Пленки вододиспергируемых комплексов полианилина (ПАНИ) с СПС были получены методом пульверизации. Впервые изучены электронная и химическая структура, морфология и сенсорные (аммиак) свойства пленок комплексов ПАНИ-СПС.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. А. Кабанова

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kabanovavar@gmail.com
Россия, Москва

О. Л. Грибкова

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: kabanovavar@gmail.com
Россия, Москва

С. И. Позин

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: kabanovavar@gmail.com
Россия, Москва

В. А. Тверской

МИРЭА – Российский технологический университет

Email: kabanovavar@gmail.com

Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова

Россия, Москва

А. А. Некрасов

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: kabanovavar@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Ciric-Marjanovic G. Recent advances in polyaniline research: Polymerization mechanisms, structural aspects, properties and applications // Synthetic Metals. 2013. Vol. 177. P. 1–47.
  2. Gribkova O.L., Nekrasov A.A., Trchova M., et al. Chemical synthesis of polyaniline in the presence of poly(amidosulfonic acids) with different rigidity of the polymer chain // Polymer. 2011. Vol. 52, № 12. P. 2474–2484.
  3. Boeva Z.A., Sergeyev V.G. Polyaniline: Synthesis, properties, and application // Polymer Science – Series C. 2014. Vol. 56, № 1. P. 144–153.
  4. Sapurina I.Y., Kompan M.E., Malyshkin V.V., et al. Properties of proton-conducting nafion-type membranes with nanometer-thick polyaniline surface layers // Russian Journal of Electrochemistry. 2009. Vol. 45, № 6. P. 697–706.
  5. Berezina N.P., Shkirskaya S.A., Kolechko M.V., et al. Barrier effects of polyaniline layer in surface modified MF-4SK/Polyaniline membranes // Russian Journal of Electrochemistry. 2011. Vol. 47, № 9. P. 995–1005.
  6. Berezina N.P., Kononenko N.A., Sytcheva A.A.R., et al. Perfluorinated nanocomposite membranes modified by polyaniline: Electrotransport phenomena and morphology // Electrochimica Acta. 2009. Vol. 54, № 8. P. 2342–2352.
  7. Lysova A.A., Stenina I.A., Dolgopolov S.V., et al. Asymmetric ion transport in perfluorinated membranes MF-4SC doped with polyaniline // Doklady Physical Chemistry. 2009. Vol. 427, № 2. P. 142–145.
  8. Исакова А.А., Грибкова О.Л., Алиев А.Д. и др. Синтез полианилина в пленках полиэтилена с привитым сульфированным полистиролом и свойства этих пленок // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2020. Vol. 56, № 4. P. 406–415.
  9. Dizman C., Tasdelen M.A., Yagci Y. Recent advances in the preparation of functionalized polysulfones // Polymer International. 2013. Vol. 62, № 7. P. 991–1007.
  10. Goel V., Tanwar R., Mandal U. Performance enhancement of commercial ultrafiltration polysulfone membrane via in situ polymerization of aniline using copper chloride as a catalyst // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2021. Vol. 96, № 2. P. 502–513.
  11. Sarihan A. Development of high-permeable PSf/PANI-PAMPSA composite membranes with superior rejection performance // Materials Today Communications. 2020. Vol. 24. P. 101104.
  12. Wu H., Shi C., Zhu Q., et al. Capillary-driven blood separation and in-situ electrochemical detection based on 3D conductive gradient hollow fiber membrane // Biosensors and Bioelectronics. 2021. Vol. 171. P. 112722.
  13. Abu-Thabit N., Umar Y., Ratemi E., et al. A Flexible Optical pH Sensor Based on Polysulfone Membranes Coated with pH-Responsive Polyaniline Nanofibers // Sensors. 2016. Vol. 16, № 7. P. 986.
  14. Lu Y., Wang L., Zhao B., et al. Fabrication of conducting polyaniline composite film using honeycomb ordered sulfonated polysulfone film as template // Thin Solid Films. 2008. Vol. 516, № 18. P. 6365–6370.
  15. Bai H., Shi G. Gas sensors based on conducting polymers // Sensors. 2007. Vol. 7, № 3. P. 267–307.
  16. Jin Z., Su Y., Duan Y. Development of a polyaniline-based optical ammonia sensor // Sensors and Actuators B: Chemical. 2001. Vol. 72, № 1. P. 75–79.
  17. Kebiche H., Debarnot D., Merzouki A., et al. Relationship between ammonia sensing properties of polyaniline nanostructures and their deposition and synthesis methods // Analytica Chimica Acta. 2012. Vol. 737. P. 64–71.
  18. Li D.Y., Liu L.X., Wang Q.W., et al. Functional Polyaniline/MXene/Cotton Fabrics with Acid/Alkali-Responsive and Tunable Electromagnetic Interference Shielding Performances // ACS Applied Materials and Interfaces. 2022. Vol. 14, № 10. P. 12703–12712.
  19. Duboriz I., Pud A. Polyaniline/poly(ethylene terephthalate) film as a new optical sensing material // Sensors and Actuators, B: Chemical. 2014. Vol. 190. P. 398–407.
  20. Christie S., Scorsone E., Persaud K., et al. Remote detection of gaseous ammonia using the near infrared transmission properties of polyaniline // Sensors and Actuators B: Chemical. 2003. Vol. 90, № 1–3. P. 163–169.
  21. Mohammed H.A., Rahman N.A., Ahmad M.Z., et al. Sensing Performance of Modified Single Mode Optical Fiber Coated with Nanomaterials-Based Ammonia Sensors Operated in the C-Band // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 5467–5476.
  22. Gribkova O., Kabanova V., Tverskoy V., et al. Comparison of Optical Ammonia-Sensing Properties of Conducting Polymer Complexes with Polysulfonic Acids // Chemosensors. 2021. Vol. 9, № 8. P. 206.
  23. Komkova E.N., Wessling M., Krol J., et al. Influence of the nature of polymer matrix and the degree of sulfonation on physicochemical properties of membranes // Vysokomolekularnye Soedineniya. Ser.A Ser.B Ser.C – Kratkie Soobshcheniya. 2001. Vol. 43, № 3. P. 486–495.
  24. Brousse C., Chapurlat R., Quentin J.P. New membranes for reverse osmosis I. Characteristics of the base polymer: sulphonated polysulphones // Desalination. 1976. Vol. 18, № 2. P. 137–153.
  25. Gribkova O.L., Kabanova V.A., Nekrasov A.A. Electrodeposition of thin films of polypyrrole-polyelectrolyte complexes and their ammonia-sensing properties // Journal of Solid State Electrochemistry. 2020. Vol. 24, № 11–12. P. 3091–3103.
  26. Rabinovich V. A., Yakovlevich K.Z. Kratkii khimicheskii spravochnik (Short chemical handbook). Khimiya. Moscow: Khimiya, 1977. 376 p.
  27. Stejskal J., Kratochvíl P., Radhakrishnan N. Polyaniline dispersions 2. UV—Vis absorption spectra // Synthetic Metals. 1993. Vol. 61, № 3. P. 225–231.
  28. Gospodinova N., Terlemezyan L. Conducting polymers prepared by oxidative polymerization: Polyaniline // Progress in Polymer Science (Oxford). 1998. Vol. 23, № 8. P. 1443–1484.
  29. Sapurina I.Y., Stejskal J. The effect of pH on the oxidative polymerization of aniline and the morphology and properties of products // Russian Chemical Reviews. 2011. Vol. 79, № 12. P. 1123–1143.
  30. Kuo C.W., Wen T.C. Dispersible polyaniline nanoparticles in aqueous poly(styrenesulfonic acid) via the interfacial polymerization route // European Polymer Journal. 2008. Vol. 44, № 11. P. 3393–3401.
  31. Iakobson O.D., Gribkova O.L., Nekrasov A.A., et al. A stable aqueous dispersion of polyaniline and polymeric acid // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2016. Vol. 52, № 6. P. 1005–1011.
  32. Nekrasov A.A., Gribkova O.L., Iakobson O.D., et al. Raman spectroelectrochemical study of electrodeposited polyaniline doped with polymeric sulfonic acids of different structures // Chemical Papers. 2017. Vol. 71, № 2. P. 449–458.
  33. Morávková Z., Dmitrieva E. Structural changes in polyaniline near the middle oxidation peak studied by in situ Raman spectroelectrochemistry // Journal of Raman Spectroscopy. 2017. Vol. 48, № 9. P. 1229–1234.
  34. Trchová M., Morávková Z., Bláha M., et al. Raman spectroscopy of polyaniline and oligoaniline thin films // Electrochimica Acta. 2014. Vol. 122. P. 28–38.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структурная формула сульфированного полисульфона.

Скачать (38KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение электронных спектров поглощения в процессе полимеризации анилина в присутствии СПС при [Анилин]/[-SO3H] = 1/3 моль/г-экв. Стрелки показывают изменение поглощения раствора в областях характеристических длин волн.

Скачать (181KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые изменения оптического поглощения, полученные при полимеризации анилина в присутствии СПС: при [Анилин]/[-SO3H] = 1 : 2 моль/г-экв., на длинах волн 370 (1), 690 (2) и 800 нм (3) (а) и при [Анилин]/[-SO3H], равных 1 : 1 (1), 1 : 2 (2), 1 : 3 (3), 1 : 4 (4), 1 : 6 (5) на длине волны 690 нм (б).

Скачать (179KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Электронные спектры поглощения пленок комплексов ПАНИ-СПС, полученных при [Анилин]/[-SO3H], равных 1 : 1 (1), 1 : 2 (2), 1 : 3 (3), 1 : 4 (4), 1 : 6 (5) моль/г-экв.

Скачать (82KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Нормированные (интенсивность линии 1156 см–1 – копланарные деформационные колебания связей C–H в ароматических кольцах ПАНИ) спектры КР при возбуждении лазером 785 нм пленок ПАНИ-СПС, нанесенных на стеклянные подложки методом пульверизации.

Скачать (267KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изображения поверхности пленок ПАНИ, нанесенных методом пульверизации на стекло: АСМ (а–г), оптическая микроскопия (д–е). Соотношение компонентов 1 : 3 (а, б), 1 : 6 (в, д) и 1 : 1 (г, е).

Скачать (2MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изменение электронных спектров поглощения пленки, полученной при [Анилин]/[-SO3H] = 1 : 6 моль/г-экв. на воздухе с концентрацией аммиака 263 ppm. Стрелки указывают на ход изменения в областях характеристических длин волн.

Скачать (62KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Относительное изменение во времени оптического поглощения на длине волны 810 нм при воздействии паров аммиака с концентрацией 263 ppm (а) и зависимости максимальной амплитуды отклика (А) от концентрации аммиака (б) для пленок комплексов ПАНИ-СПС, синтезированных при [Анилин]/[-SO3H], равных 1 : 1 (1), 1 : 2 (2), 1 : 3 (3), 1 : 4 (4), 1 : 6 (5) моль/г-экв.

Скачать (252KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025