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聚合物如何修飾二硫化鎢?

中鎢智造二硫化鎢(WS?)是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬硫化物,由鎢原子和硫原子通過共價鍵結(jié)合而成,具有良好的潤滑性和半導(dǎo)體性能等特點,在潤滑、催化、電子等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。然而,為了進一步提高二硫化鎢的綜合性能,研究者常用聚合物來修飾WS?。

用聚合物修飾二硫化鎢主要有以下原因:一是可以改善其在有機溶劑或聚合物基體中的分散性,使其能更均勻地分布,從而更好地發(fā)揮性能;二是聚合物修飾可以調(diào)節(jié)WS?的表面性質(zhì),增強其與其他物質(zhì)的相互作用,例如在復(fù)合材料中提高與基體的結(jié)合力;三是能通過聚合物的功能化賦予WS?新的特性,拓展其應(yīng)用范圍。

中鎢智造二硫化鎢圖片

中鎢智造二硫化鎢圖片

一、聚合物修飾二硫化鎢的方法

物理吸附法:利用聚合物與二硫化鎢之間的范德華力、氫鍵或靜電引力等物理相互作用,使聚合物吸附在WS?表面。例如,具有極性基團的聚合物分子可以與WS?表面的原子或基團形成氫鍵,從而實現(xiàn)聚合物在WS?上的吸附。這種方法簡單易行,不會對WS?的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生太大影響,但結(jié)合力相對較弱。

化學(xué)接枝法:通過化學(xué)反應(yīng)在二硫化鎢表面引入活性基團,然后與聚合物分子上的相應(yīng)基團發(fā)生反應(yīng),形成化學(xué)鍵連接,實現(xiàn)聚合物對WS?的修飾。例如,可以先對WS?進行氧化處理,在其表面引入羥基、羧基等含氧基團,再利用這些基團與含有胺基、環(huán)氧基等官能團的聚合物發(fā)生縮合、開環(huán)等反應(yīng),將聚合物接枝到WS?表面。這種方法能夠使聚合物與WS?之間形成較強的化學(xué)鍵,結(jié)合牢固,穩(wěn)定性好,但合成過程相對復(fù)雜,需要嚴格控制反應(yīng)條件。

原位聚合法:在二硫化鎢存在的情況下,使單體發(fā)生聚合反應(yīng),聚合物在生成過程中逐漸包裹或結(jié)合到WS?表面。例如,以WS?為填料,將單體溶液與WS?混合均勻,然后加入引發(fā)劑引發(fā)聚合反應(yīng)。在聚合過程中,聚合物鏈在WS?表面生長并與之結(jié)合,形成聚合物修飾的WS?復(fù)合材料。這種方法能夠使聚合物與WS?之間具有良好的兼容性和接口結(jié)合力,且可以通過控制聚合條件來調(diào)節(jié)聚合物的分子量和結(jié)構(gòu)。

聚苯胺圖片

聚苯胺圖片

二、能修飾二硫化鎢的聚合物

聚苯胺(PANI):PANI具有良好的導(dǎo)電性、環(huán)境穩(wěn)定性和獨特的氧化還原性能。它可以通過化學(xué)接枝或原位聚合法修飾二硫化鎢。修飾后的WS?-PANI復(fù)合材料不僅提高了WS?的導(dǎo)電性,還在電化學(xué)傳感器、超級電容器等領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。例如,在超級電容器中,PANI的存在增加了材料的比電容,同時WS?提高了復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性,二者結(jié)合使得復(fù)合材料具有更好的儲能性能。

聚吡咯(PPy):PPy是一種具有共軛結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物,具有較高的電導(dǎo)率和良好的電化學(xué)活性。通過化學(xué)氧化聚合法可以在二硫化鎢表面原位聚合PPy,形成PPy修飾的WS?復(fù)合材料。PPy修飾后的WS?在光電領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景,如可以提高WS?基光電器件的光吸收效率和電荷傳輸效率,從而提升器件的光電性能。

聚乙烯亞胺(PEI):PEI是一種具有大量胺基的水溶性聚合物,胺基可以與WS?表面的含氧基團發(fā)生化學(xué)反應(yīng),實現(xiàn)PEI對WS?的化學(xué)接枝修飾。PEI修飾的WS?在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用,例如,PEI的存在可以提高WS?在生物體內(nèi)的分散性和生物兼容性,有利于WS?作為藥物載體或生物成像試劑在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA):PMMA是一種常見的聚合物,具有良好的光學(xué)性能、機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性??梢酝ㄟ^物理吸附或原位聚合法將PMMA修飾到WS?表面。PMMA修飾的WS?在光學(xué)器件、復(fù)合材料等領(lǐng)域有應(yīng)用,如在光學(xué)器件中,PMMA可以改善WS?的光學(xué)性能,同時提高材料的機械強度和穩(wěn)定性。

聚丙烯酸(PAA):PAA含有大量羧基,可與二硫化鎢表面的金屬原子形成配位鍵,從而實現(xiàn)對WS?的修飾。PAA修飾的WS?在水性體系中具有良好的分散性,可用于制備水性涂料、油墨等。此外,在一些催化反應(yīng)中,PAA修飾的WS?可以作為催化劑載體,利用PAA的酸性和WS?的催化活性,提高催化反應(yīng)的效率和選擇性。

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