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. جایزه نوبل شیمی در سال ۲۰۰۰ برای کار بر روی پلیمرهای رسانا مثل پلی پیرول تعلق گرفت.

پلی پيرول

پلی پیرول را می توان به روش الکتروشیمیایی تهیه نمود.

سنتز

برخی از اولین نمونه‌ها از پلی پیرول در سال ۱۹۶۳ توسط ویس و همکاران گزارش شد. 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.

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.

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. سطح فیلم پلی پیرول خواص فرکتالی داشته و نفوذ یونی در آن از الگوی نفوذ غیر متعارف تبعیت می‌کند.

کاربردها

پلی پیرول و پلیمرهای رسانا امروزه کاربردهای فراوانی در تهیه باتری ها، ابر خازن ها، پیل های خورشیدی، ممانعت از خوردگی، حسگرها و فطعات الکترونیکی 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.
↑ Ahmad Sharifi-Viand, Diffusion through the self-affine surface of polypyrrole film Vacuum doi:10.1016/j.vacuum.2014.12.030
↑ 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] Ahmad Sharifi-Viand, Diffusion through the self-affine surface of polypyrrole film Vacuum doi:10.1016/j.vacuum.2014.12.030

[:1-5] 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.