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导电聚合物PEDOT的制备及导电性能

崔琛琛;王茗

【摘要】文章采用化学氧化聚合法，以过硫酸铵为氧化剂，质子酸为掺杂剂合成

了聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)导电聚合物，研究了掺杂剂种类、聚合温度以及试剂比

例对聚合速率及电导率的影响。研究结果表明：盐酸、冰醋酸及樟脑磺酸掺杂后能

显著提高聚合物的电导率，其中樟脑磺酸掺杂后的电导率最高；质子酸掺杂和升高

聚合温度可以明显加快聚合速率；当单体与氧化剂的摩尔比为1∶1时聚合物的电

导率最高。%10.3969/j.issn.1003-5060.2012.11.024

【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2012(000)011

【总页数】5页(P1541-1545)

【关键词】化学氧化聚合;导电聚合物;聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)

【作者】崔琛琛;王茗

【作者单位】桂林理工大学材料科学与工程学院,广西桂林541004;桂林理工大学

材料科学与工程学院,广西桂林541004

【正文语种】中文

【中图分类】O633

1900年聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）首次被合成出来［1］，采用的合成方法是将

该聚合物的单体（EDOT）直接加入到聚合电解质水溶液中聚合，最后得到分散性

良好的聚乙烯二氧噻吩。由于该共聚物的单体EDOT的3、4位被双氧次乙基取代，

阻止了聚合时噻吩环的α－β连接，双氧次乙基的引入还增加了噻吩环上的电子密

度，从而降低了单体的氧化电位和聚合物分子的氧化掺杂电位，增强了其在水中的

溶解度并使其导电的掺杂状态更稳定。

由于具有高的电导率、优异的环境稳定性以及透明和易加工成膜特性，PEDOT在

有机发光材料和有机太阳能电池等领域具有重要的应用前景［2－3］，并受到很

多学者的关注［4－6］。目前，合成PEDOT的方法主要有化学氧化聚合［7－

10］、电化学聚合［11－15］、化学气相沉积法［16－17］等，其中应用最多的

是化学氧化聚合法，该方法设备简单，且易于聚合。EDOT化学氧化聚合方式如下：

单体EDOT被氧化为自由基阳离子（P＋·），自由基阳离子脱去2个质子形成二

聚体，二聚体再被氧化成二聚体自由基阳离子，该自由基阳离子与单体自由基阳离

子偶合形成三聚体，以此类推，最后聚合成PEDOT，从机理上该聚合属于逐步聚

合，反应过程为：

导电聚合物是由交替的单双键组成的共扼大π键体系，电子在整个主链上离域，

单体的分子轨道相互作用，最高占有轨道（HOMO）形成价带，最低空轨道

（LUMO）形成导带。价带完全充满，导带全空，价带和导带之间存在能隙，即

禁带。由于价带中的电子是定域的，对电导没有贡献，所以该聚合物的导电性完全

取决于禁带宽度（Eg）。导电高聚物的能隙值（Eg）的大小一般为2.0～3.5eV，

且电导率为10－10～106S／cm。根据能带理论［18］，能带区如果部分填充，

就可以产生电导。因此，减少价带中的电子（p型掺杂）或向空能带区中注入电子

（n型掺杂）都可以实现能带的部分填充而产生导电现象。因此，掺杂是提高共扼

聚合物电导率很重要的方法。掺杂的实质是将π轨道中的电子拉出或将电子填充

π空轨道中，使其能量状态发生变化，减小能带差，增强聚合物导电能力［19］，

即在共轭高分子上发生的电荷转移或氧化还原反应。

通过化学氧化还原、电化学氧化还原、质子酸掺杂等化学方法和界面电荷注入、光

激发等物理方法均可实现导电聚合物的掺杂。本文主要采用化学氧化法质子酸掺杂

聚合得到PEDOT，并在氧化剂相同的条件下，研究了不同掺杂剂、不同聚合温度

以及不同氧化剂比例对聚合速率和导电性的影响。

试剂：过硫酸铵（（NH4）2S2O8）、盐酸（37%，HCl）、冰醋酸（HAc）、

樟脑磺酸（CSA）均为分析纯；EDOT（A.R）购买于阿拉丁，试剂纯度＞99.9%。

仪器：SZCL－2A型数显智能控温磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司）；

SHB－Ⅲ循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；JSM－5610LV电子

扫描显微镜（日本