پلی پیرول

پلی پیرول (PPy) نوعی پلیمر آلی است که از پلیمیزه کردن پیرول به دست می آید. پلی پیرول در دسته پلیمرهای رسانای الکتریکی مثل پی آنیلین، پلی تیوفن و پلی استیلن قرار می‌گیرد.^[۱] جایزه نوبل شیمی در سال ۲۰۰۰ برای کار بر روی پلیمرهای رسانا مثل پلی پیرول تعلق گرفت.^[۲]

سنتز

برخی از اولین نمونه‌ها از پلی پیرول در سال ۱۹۶۳ توسط ویس و همکاران گزارش شد. ^[۳] پلی پیرول به‌طور معمول از اکسایش پیرول به دست می آید. برای این منظور می‌توان از محلول کلرید آهن در متانول استفاده نمود:

n C₄H₄NH + 2 FeCl₃ → (C₄H₂NH)_n + 2 FeCl₂ + 2 HCl

شکل رسانای پلی پیرول را می‌توان با اکسید کردن پلیمر به دست آورد (آلایش پی یا P-DOPPING):

x FeCl₃ + (C₄H₂NH)_n → (C₄H₂NH)_nCl_x + x FeCl₂

پلیمریزاسیون و P-دوپینگ را می‌توان به صورت الکتروشیمیایی نیز انجام داد. پلیمر رسانای تولید شده را می‌توان از روی آند جدا کرد. از روش‌های ولتامتری چرخه ای و کورنوکولومتری نیز می‌توان برای سنتز پلی پیرول استفاده نمود.^[۴]^[۵]

ویژگی ها

فیلم‌های پلی پیرول زرد رنگ هستند ولی در مجاورت هوا به دلیل اکسایش سیاه می‌شوند. فیلم‌های دوپ شده بسته به درجه پلیمریزه شدن و ضخامت فیلم آبی یا سیاه رنگ می‌باشند. پلی پیرول به دلیل وجود اتصالات عرضی در ساختار آن به جای یک بعدی بودن شبه یک بعدی توصیف می‌شوند. فیلم‌های دوپ شده و غیر دوپ شده در حلال‌ها نا محلول‌اند. دوپ کردن فیلم‌ها را شکننده می‌کند. فیلم‌ها در مجاورت هوا تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد پایدارند و بعد از این دما دوپ‌کننده‌ها (مثل HCl) شروع به خروج از ساختار فیلم می‌کنند.^[۶]

پلی پیرول خود عایق الکتریسیته است ولی مشتقات اکسید شده آن رساناهای خوب الکتریسیته هستند. میزان رسانایی این ماده بستگی به شرایط و مواد به کار رفته در اکسایش آن دارد. محدوده رسانایی آن بین ۲ تا ۱۰۰S/cmمی باشد. رسانایی‌های بالا با آنیون‌های دوپ‌کننده حجیم تر مثل توسیلات به دست می آید.^[۷] سطح فیلم پلی پیرول خواص فرکتالی داشته و نفوذ یونی در آن از الگوی نفوذ غیر متعارف تبعیت می‌کند.^[۴]^[۵]

کاربردها

پلی پیرول و پلیمرهای رسانا امروزه کاربردهای فراوانی در تهیه باتری ها^[۸]، ابر خازن ها^[۹]، پیل های خورشیدی^[۱۰]، ممانعت از خوردگی^[۱۱]، حسگرها و فطعات الکترونیکی^[۱۲] یافته‌اند.

منابع

↑ "Polypyrrole: a conducting polymer; its synthesis, properties and applications". Russ. Chem. Rev. 66: 443–457. 1997. doi:10.1070/rc1997v066n05abeh000261.
↑ MacDiarmid, A. G. (2001). "Synthetic metals: A novel role for organic polymers (Nobel Lecture)". Angew. Chem. Int. Ed. 40: 2581–2590. doi:10.1002/1521-3773(20010716)40:14<2581::aid-anie2581>3.0.co;2-2.
↑ McNeill, R.; Siudak, R.; Wardlaw, J. H.; Weiss, D. E. (1963). "Electronic Conduction in PolymersI. The Chemical Structure of Polypyrrole". Aust. J. Chem. 16: 1056–75. doi:10.1071/CH9631056.
↑ ^۴٫۰ ^۴٫۱ Ahmad Sharifi-Viand, Diffusion through the self-affine surface of polypyrrole film Vacuum doi:10.1016/j.vacuum.2014.12.030
↑ ^۵٫۰ ^۵٫۱ Sharifi-Viand, Ahmad (2012). "Investigation of anomalous diffusion and multifractal dimensions in polypyrrole film". Journal of Electroanalytical Chemistry. 671: 51–57. doi:10.1016/j.jelechem.2012.02.014.
↑ «Polypyrrole: a conducting polymer; its synthesis, properties and applications». Russian Chemical Reviews. iop publishing. ۱۹۹۷.
↑ Baughman, Ray H. (2005). "Playing Nature's Game with Artificial Muscles". Science. 308: 63–65. doi:10.1126/science.1099010. PMID 15802593.
↑ «Novel Germanium/Polypyrrole Composite for High Power Lithium-ion Batteries» (PDF). Scientific Reports. Nature. ۲۰۱۴. doi:10.1038/srep06095.
↑ «Hybrid Electrodes by In-Situ Integration of Graphene and Carbon-Nanotubes in Polypyrrole for Supercapacitors». Scientific Reports. Nature. ۲۰۱۵. doi:10.1038/srep14445.
↑ «High-performance polypyrrole nanoparticles counter electrode for dye-sensitized solar cells». Journal of Power Sources. Elsevier. ۲۰۰۸. doi:10.1016/j.jpowsour.2008.03.029.
↑ «Self-Healing Epoxy Coatings Based on Nanocontainers for Corrosion Protection of Mild Steel». journal of electrochemical society. The Electrochemical Society. ۲۰۱۷. doi:10.1149/2.1251702jes.
↑ Janata, Jiri; Josowicz, Mira (2003). "Progress Article: Conducting polymers in electronic chemical sensors". Nature Materials. 2 (1): 19–24. doi:10.1038/nmat768.

[RussChemRev-1] "Polypyrrole: a conducting polymer; its synthesis, properties and applications". Russ. Chem. Rev. 66: 443–457. 1997. doi:10.1070/rc1997v066n05abeh000261.

[2] MacDiarmid, A. G. (2001). "Synthetic metals: A novel role for organic polymers (Nobel Lecture)". Angew. Chem. Int. Ed. 40: 2581–2590. doi:10.1002/1521-3773(20010716)40:14<2581::aid-anie2581>3.0.co;2-2.

[3] McNeill, R.; Siudak, R.; Wardlaw, J. H.; Weiss, D. E. (1963). "Electronic Conduction in PolymersI. The Chemical Structure of Polypyrrole". Aust. J. Chem. 16: 1056–75. doi:10.1071/CH9631056.

[:0-4] ۴٫۰ ^۴٫۱ Ahmad Sharifi-Viand, Diffusion through the self-affine surface of polypyrrole film Vacuum doi:10.1016/j.vacuum.2014.12.030

[:1-5] ۵٫۰ ^۵٫۱ Sharifi-Viand, Ahmad (2012). "Investigation of anomalous diffusion and multifractal dimensions in polypyrrole film". Journal of Electroanalytical Chemistry. 671: 51–57. doi:10.1016/j.jelechem.2012.02.014.

[6] «Polypyrrole: a conducting polymer; its synthesis, properties and applications». Russian Chemical Reviews. iop publishing. ۱۹۹۷.

[7] Baughman, Ray H. (2005). "Playing Nature's Game with Artificial Muscles". Science. 308: 63–65. doi:10.1126/science.1099010. PMID 15802593.

[8] «Novel Germanium/Polypyrrole Composite for High Power Lithium-ion Batteries» (PDF). Scientific Reports. Nature. ۲۰۱۴. doi:10.1038/srep06095.

[9] «Hybrid Electrodes by In-Situ Integration of Graphene and Carbon-Nanotubes in Polypyrrole for Supercapacitors». Scientific Reports. Nature. ۲۰۱۵. doi:10.1038/srep14445.

[10] «High-performance polypyrrole nanoparticles counter electrode for dye-sensitized solar cells». Journal of Power Sources. Elsevier. ۲۰۰۸. doi:10.1016/j.jpowsour.2008.03.029.

[11] «Self-Healing Epoxy Coatings Based on Nanocontainers for Corrosion Protection of Mild Steel». journal of electrochemical society. The Electrochemical Society. ۲۰۱۷. doi:10.1149/2.1251702jes.

[12] Janata, Jiri; Josowicz, Mira (2003). "Progress Article: Conducting polymers in electronic chemical sensors". Nature Materials. 2 (1): 19–24. doi:10.1038/nmat768.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

[۱۰]

[۱۱]

[۱۲]