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聚(3-烷基噻吩)的合成与应用研究进展

王大刚;王雷;白晓军;李均钦;朱光明

【摘要】详述了聚(3-烷基噻吩)的化学合成方法、电化学合成方法及近期新兴的微

波辐射辅助合成法;并总结了聚(3-烷基噻吩)在光伏电池材料、电致发光材料和热电

材料等领域的应用研究及现状.

【期刊名称】《功能高分子学报》

【年(卷),期】2011(024)002

【总页数】8页(P217-224)

【关键词】聚(3-烷基噻吩);导电聚合物;合成;应用

【作者】王大刚;王雷;白晓军;李均钦;朱光明

【作者单位】深圳大学材料学院,深圳特种功能材料重点实验室,广东深圳518060;

深圳大学材料学院,深圳特种功能材料重点实验室,广东深圳518060;深圳大学材料

学院,深圳特种功能材料重点实验室,广东深圳518060;深圳大学材料学院,深圳特种

功能材料重点实验室,广东深圳518060;深圳大学材料学院,深圳特种功能材料重点

实验室,广东深圳518060

【正文语种】中文

【中图分类】O631

1977年,Shirakawa[1]研究表明经碘掺杂的聚乙炔(PA)具有明显的导电性。这一研

究成果彻底颠覆了以往有机聚合物不可以作为导电材料的观念,也为高分子材料的

发展与应用开辟了崭新的领域。导电聚合物具有资源丰富,合成耗能低,易于分离和

回收等优点[2-3],成为材料科学和有机化学的研究热点之一。一系列导电聚合物被

相继开发出来,如聚吡咯(PPy)[4-5]、聚噻吩(PTh)[6-7]、聚苯胺(PAn)[8-9]、聚乙

氧二撑(PEDOT)[10-11]、聚苯基乙炔(PPV)[12]等。随着理论研究和实验技术的发

展,导电聚合物的性能逐渐被认识,在传感器、储能装置、金属防腐涂层、酶催化剂、

光电器件、非线性光学、电磁屏蔽、场效应晶体管、纳米开关、新型记忆材料等领

域得到广泛的研究和应用[13-14]。

在众多导电聚合物中,聚噻吩及其衍生物由于易于制备、环境稳定性好、掺杂后具

有较高的电导率,且通过处理可以赋予其复合材料以电学、光学及力学性能[15],因

此是一种非常具有发展潜力的导电聚合物。然而,无取代聚噻吩由于没有任何取代

基,分子链的刚性很大,不溶于任何溶剂,也不熔化,加工性能很差,从而限制了其实际

应用[16]。聚(3-烷基噻吩)通过在噻吩环的3-位引入烷基,降低了分子链间的作用

力,使溶解度大大提高,当烷基碳原子数≥4时,在一般溶剂,例如氯仿、THF、甲苯、

NMP中都可以溶解[17],从而提高了聚(3-烷基噻吩)的加工性能,而且还能保持无取

代聚噻吩的电导率[18]。因此,聚(3-烷基噻吩)具有更加广泛的应用范围。

本文详细介绍了聚(3-烷基噻吩)的化学合成法、电化学合成法以及新兴的微波辐射

辅助合成法,概括了聚(3-烷基噻吩)在光电材料、电致变色材料、液晶材料以及热电

材料等领域的必威体育精装版研究进展,希望能为与聚(3-烷基噻吩)合成与应用相关的工作提供

一定的借鉴。

化学氧化聚合法是被研究和应用最早、最广泛的合成方法,它具有合成路线较简单、

反应条件温和、易于控制、适用范围广[19]等优点,被广泛用来合成聚(3-烷基噻吩)

及其衍生物。1986年,Jen等[16]报道了用化学氧化聚合法合成可溶性聚(3-烷基噻

吩),并研究了其电导率、玻璃化转变温度和热稳定性。此后,对聚(3-烷基噻吩)的合

成[20-21]、结构及其性能[22]的研究便迅速开展起来。

3-烷基噻吩由于具有不对称结构,在聚合过程中,3个噻吩环之间存在4种三链接方

式,即HT-HT链接、TT-HH链接、HT-HH链接、TT-HT链接[22],如图1所示。

HT-HT链接的有序聚(3-烷基噻吩)很容易形成具有较低能级的共面结构,共轭程度

高,具备良好的电学、光学等性能;其他无序链接方式因取代基的位阻效应使噻吩环

产生一定的扭转,破坏了主链的共面性,共轭程度降低,继而使电学、光学等其他性能

下降[23]。

为合成高度有序的聚(3-烷基噻吩),科学家们做了大量的研究工作。1992

年,McCullough等[24]首次报道了局部有序聚(3-烷基噻吩)的合成,分子链中HT有

序结构≥98%;他们于1993年[18]又详细地研究了局部有序聚(3-烷基噻吩)合成,合

成过程如图2所示。而且研究了有序结构对其电学和光学性能的影响,实验表明增

加有序结构可以改善聚(3-烷基噻吩)的电导率及其非线性光学性能。1995

年,McC