Квантово-химическое моделирование, синтез и свойства электропроводящих материалов на основе полианилина

Проведено квантово-химическое моделирование молекулы проводящего полимера полианилина (ПАНИ), разработаны и оптимизированы методы синтеза ПАНИ по реакции окислительной полимеризации с последующим комплексным исследованием морфологии, физико-химических свойств. Сформированы полимерно-композиционные материалы, состоящие из ПАНИ и углеродных материалов в матрице полилактида (PLA), которые по данным циклических вольт-амперных характеристик (ВАХ) и импедансной спектроскопии обладают проводимостью от 0,10 до 25 См/см, что делает их перспективными для применения в различных сенсорных устройствах в микрои наноэлектронике, биомедицине, а также создания антикоррозионных и антистатических покрытий.

1. Conjugated Polymers. Processing and Applications / ed. by T. A. Skotheim, J. R. Reynolds. – 3rd ed. – Boca Raton: CRC Press, 2007. – 656 p. https://doi.org/10.1201/b10739

2. Preparations, properties, and applications of polyaniline and polyaniline thin films–a review / M. Beygisangchin, S. Abdul Rashid, S. Shafie [et al.] // Polymers. – 2021. – Vol. 13, № 12. – P. 2003. https://doi.org/10.3390/polym13122003

3. Fabrication of polypyrrole gas sensor for detection of NH3 using an oxidizing agent and pyrrole combinations: Studies and characterizations / A. Jain, A. N. Nabeel, S. Bhagwat [et al.] // Heliyon. – 2023. – Vol. 9, № 7. – P. 17611. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e17611/

4. Recent advances in bioactive 1D and 2D carbon nanomaterials for biomedical applications / O. Erol, I. Uyan, M. Hatip [et al.] // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. – 2018. – Vol. 14, № 7. – P. 2433–2454. https://doi.org/10.1016/j.nano.2017.03.021/

5. Sinha, N. Carbon nanotube-based sensors / N. Sinha, J. Ma, J. T. W. Yeow // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2006. – Vol. 6, № 3. – P. 573–590. https://doi.org/10.1166/jnn.2006.121

6. Synthesis of a new polyaniline/nanotube composite: “in-situ” polymerisation and charge transfer through site-selective interaction / M. Cochet, W. K. Maser, A. M. Benito [et al.] // Chemical Communications. – 2001. – № 16. – P. 1450–1451. https://doi.org/10.1039/B104009J

7. Расчет УФ-, ИКи ЯМР-спектров молекулы диэтил 2,2’-([1,1’-бифенил]-4,4’-диилбис(азанедиил)диацетата / Х. А. Алмодарресие, С. Н. Шахаб, В. М. Зеленковский [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. – 2014. – T. 81, № 1. – С. 42–49.

8. Электронная структура и абсорбционный спектр натрий 2-гидрокси-5-((2-метокси-4((4-сульфофенил)диазенил)фенил)диазенил)бензоата / Х. А. Алмодарресие, С. Н. Шахаб, В. М. Зеленковский // Журнал прикладной спектроскопии. – 2014. – T. 81, № 1. – С. 145–147.

9. Quantum Chemical Modeling of New Derivatives of (E,E)-Azomethines: Synthesis, Spectroscopic (FT-IR, UV/Vis, Polarization) and Thermophysical Investigations / S. Shahab, M. Sheikhi, L. Filippovich [et al.] // Journal of Molecular Structure. – 2017. – Vol. 1137. – P. 335–348. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2017.02.056

10. Molecular structure and UV–Vis spectral analysis of new synthesized azo dyes for application in polarizing films / S. Shahab, F. H. Hajikolaee, L. Filippovich [et al.] // Dyes and Pigments. – 2016. – Vol. 129. – P. 9–17. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2016.02.003

11. New derivatives of (E,E)-azomethines: Design, quantum chemical modeling, spectroscopic (FT-IR, UV/Vis, polarization) studies, synthesis and their applications: Experimental and theoretical investigations / M. Sheikhi, S. Shahab, L. Filippovich [et al.] // Journal of Molecular Structure. – 2017. – Vol. 1152. – P. 368–385. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2017.09.108/

12. Wan, M. Absorption spectra of thin film of polyaniline / M. Wan // Journal of polymer science: Part A. Polymer Chemistry. – 1992. – Vol. 30. – P. 543–549. https://doi.org/10.1002/pola.1992.080300404

13. Charge Transport through Polyaniline Incorporated Electrically Conducting Functional Paper / K. L. Bhowmik, K. Deb, A. Bera [et al.] // Journal of Physical Chemistry C. – 2016. – Vol. 120, № 11. – P. 5855–5860. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b08650

14. Sagar, R. Nanoarchitecture of PANI/CNT/GO hybrid nanocomposites with enhanced dielectric and gas sensing properties / R. Sagar, M. S. Gaur, A. A. Rogachev // Polymer Bulletin. – 2023. – Vol. 80. – P. 1773–1793. https://doi.org/10.1007/s00289-022-04127-z.

15. Композиты на основе полианилина, сополимеров полианилина с о-анизидином и анилин-2-сульфокислотой, допированные наночастицами оксида никеля / Х. А. Новик, Л. Н. Филиппович, Ж. В. Игнатович [и др.] // Полимерные композиты и трибология (Поликомтриб-2022): сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф., 28–30 июня 2022 г. – Гомель: ИММС НАН Беларуси, 2022. – С. 151.

16. Корреляция между ИК-спектрами и электропроводностью композиционных материалов полиэтилен-полипиррол / О. А. Андреева, Л. А. Буркова, М. А. Смирнов, Г. К. Ельяшевич // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. – 2006. – Т. 48, № 12. – С. 2195–2199.

17. Polyaniline/Vanadium oxide composites: An effective control in morphology by varying reactant concentrations / S. Goswami, U. N. Maiti, S. Maiti [ et al.] // Materials Chemistry and Physics. – 2013. – Vol. 138, iss. 1. – P. 319–326. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2012.11.063

18. Polyaniline/V2O5 composites for anticorrosion and electromagnetic interference shielding / N. Maruthi, M. Faisal, N. Raghavendra [et al.] // Materials Chemistry and Physics. – 2021. – Vol. 259, iss. 1. – P. 124059. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.124059

19. Electrodeposition and pseudocapacitive properties of tungsten oxide/polyaniline сomposite / B.-X. Zou, Y. Liang, X.-X. Liu, D. Diamond [et al.] // Journal of Power Sources. – 2011. – Vol. 196, iss. 10. – P. 4842–4848. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.01.073

20. Molecular structure, optical, electrical and sensing properties of PANI-based coatings with silver nanoparticles deposited from the active gas phase / A.A. Ragachev, M. A. Yarmolenko, J. Xiaohong [et al.] // Applied Surface Science. – 2015. – Vol. 351. – P. 811–818. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.06.008

21. Soluble self-aligned carbon nanotube/polyaniline composites / R. Sainz, A. M. Benito, M. T. Martínez [et al.] // Advanced Materials. – 2005. – Vol. 17, № 3. – P. 278–281. https://doi.org/10.1002/adma.200400921