تهیه هومو و کوپلیمرهای محلول در آب بی‌تیوفن با 4،3- اتیلن دی اکسی تیوفن و 3- دودسیل تیوفن در مجاورت پلی استیرن سولفونیک اسید: ساختار، شکل شناسی، پایداری گرمایی و رسانایی الکتریکی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسنده

تهران، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی 3697-19395

چکیده

در پژوهش حاضر، پلیمرهای رسانای محلول در آب برپایه مشتقات پلی ­تیوفن تهیه شدند. بدین منظور، ابتدا 3- دودسیل تیوفن با استفاده از واکنش آلکیل ­دار­کردن 3- برموتیوفن با برمودودکان و فلز منیزیم سنتز شد. مونومر 2،′2 - بی‌تیوفن نیز از 2- برموتیوفن تهیه شد. سپس، هوموپلیمرهای بی‌تیوفن، 4،3- اتیلن دی‌اکسی تیوفن و 3- دودسیل تیوفن به روش اکسایش شیمیایی در مجاورت پلی­ استیرن سولفونیک اسید، آمونیوم پرسولفات و آب به ترتیب به ­عنوان دوپه­ کننده، اکسنده و حلال در دمای آزمایشگاه با همزدن شدید تهیه شدند. همچنین، کوپلیمرهای بی‌تیوفن با 3- دودسیل تیوفن و4،3- اتیلن دی ­اکسی تیوفن و کوپلیمرهای 4،3- اتیلن دی­ اکسی تیوفن با 3- دودسیل تیوفن در نسبت‌های مولی مختلف با همان شرایط تهیه ‌پلیمرها تهیه شدند. از کیسه دیالیز و فرایند انجماد برای خالص ­سازی و خشک ­کردن هوموپلیمرهای تهیه شده استفاده شد. ساختار هومو و کوپلیمرها با طیف­ سنجی‌ زیرقرمز تبدیل فوریه بررسی شد. ساختار مزدوج و مسطح، پلیمرها با طیف­ سنجی فرابنفش- مرئی بررسی شد. رسانایی الکتریکی پلیمرها با دستگاه رسانایی­ سنج چهارنقطه‌ای اندازه‌گیری شد. شکل ­شناسی  آنها با میکروسکوپ الکترونی پویشی و عبوری و پایداری گرمایی با دستگاه تجزیه گرماوزن­ سنجی مطالعه شد. انحلال ­پذیری پلیمرهای تهیه شده در انواع حلال­ های آلی و آب بررسی شد. فعالیت الکتروشیمیایی برخی از پلیمرهای تهیه شده با ولت­ سنجی چرخه‌ای روی الکترود کربن شیشه‌ای  در محلول الکترولیت LiClO4/CH3CN مطالعه شد. بررسی تصاویر SEM و TEM نشان داد، ساختار هومو و کوپلیمرهای لایه‌ای،  تجمع یافته و اندازه ذرات آنها  حدود  200-100 نانومتر است. در مجموع هومو و کوپلیمرهای تهیه شده رسانایی الکتریکی و فعالیت الکتروشیمیایی کمتری دارند. همچنین دلیل این کاهش وجود دوپه ­کننده پلی ­استیرن سولفونات است که تحرک پلیمرهای رسانا را کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation of Water-Soluble Homo and Copolymers of Bithiophene with 3,4-Ethylene Dioxythiophene and 3-Dodecylthiophene in Presence of Polystyrene Sulfonic Acid: Structure, Morphology, Thermal Stability

نویسنده [English]

  • Bakhshali Massoumi
Department of Chemistry, Payame Noor University, P.O. Box: 19395-3697, Tehran, Iran
چکیده [English]

Conductive polymers based on water-soluble polythiophenes were prepared. In this respect, alkylation reaction was carried out to synthesize the monomer 3-dodecylthiophene using 3-bromothiophene, bromododecane and magnesium. The monomer 2,2′-bithiophene was also prepared from 2-bromothiophene. Then, poly(2,2′-bithiophene), poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and poly(3-dodecylthiophene) homopolymers were prepared at room temperature by successive chemical oxidation in the presence of polystyrene sulfonic acid and ammonium persulfate and water, as dopant, oxidant and solvent, respectively, under vigorous stirring. Under similar conditions, 2,2′-bithiophene copolymers with 3-dodecylthiophene and 3,4-ethylenedioxythiophene, copolymers with 3-dodecylthiophene were prepared at different molar ratios. To purify and dry the prepared polymers, dialysis tubs and freezing dry processes were applied. Structure of homo and copolymers were investigated by Fourier transform infrared (FTIR). Conjugated and planar structures of polymers were studied by Ultravoilet (UV-vis) spectroscopy. The electrical conductivity of synthesized polymers was measured by four probe technique. The morphology and thermal stability of the products were studied using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and thermogravimetric analysis (TGA). Finally, solubility of homo and copolymers were tested in some organic solvents and water. Electro- activity of the prepared polymers was studied by cyclic voltammetry (CV) on the glassy carbon (GC) in LiClO4/CH3CN electrolyte solution and their electro-activity was confirmed. Electro-conductivity and electro-activity of homo and co polymers were low due to
presence of polystyrene sulfonic acid which reduced the immobility of the polymers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • bithiophene copolymer
  • soluble-in-water polythiophene
  • electroactivity
  • chemical polymerization
  • poly(3
  • 4-ethylenedioxythiophene- 3-dodecylthiophene)