综述：聚苯胺纳米复合材料的电化学合成方法

《European Polymer Journal》：Electrochemical synthesis methods for polyaniline nanocomposites: Review

本综述系统阐述了聚苯胺（PANI）纳米复合材料的电化学合成策略，重点分析了恒电位法、恒电流法及动电位法（如CV）等关键技术，及其在调控材料形貌、提升导电性、电容性能和传感灵敏度等方面的优势，为（PANI）基材料在能源、传感等领域的应用提供了重要指导。

　　

聚苯胺（PANI）作为一种导电聚合物，因其高导电性、环境稳定性和易于合成等特性而备受关注。然而，其固有的循环稳定性差、在常见溶剂中溶解性差以及机械性能不佳等缺点，限制了其在更广泛领域的应用。为了克服这些局限性，研究者致力于开发各种聚苯胺基纳米复合材料。在众多合成方法中，电化学合成法以其精确控制、设备简单、环境友好等优势脱颖而出，能够实现纳米粒子在聚苯胺聚合物基质中的均匀分布，从而有效提升复合材料的综合性能。

引言

聚苯胺（PANI）的分子结构包含苯式（benzenoid）和醌式（quinonoid）两种形式，其比例决定了PANI的氧化状态。完全还原的白翠绿胺（leucoemeraldine）态和完全氧化的全醌式翠绿胺（pernigraniline）态均不导电，而部分氧化的翡翠绿胺（emeraldine）态则因其共轭结构而表现出导电性。通过调控合成过程与掺杂程度，可以优化PANI的电化学活性。

为了进一步提升PANI的性能并拓展其应用，研究人员将其与碳质材料（如石墨烯、氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（rGO）、炭黑、碳纳米管（CNT））、金属基材料（元素、氢氧化物、氧化物、硫化物）、矿物（沸石、蒙脱石）以及有机聚合物（聚吡咯（PPy）、聚乙烯醇（PVA）、壳聚糖）等复合，制备出多种纳米复合材料。这些复合材料在电催化活性、电容、传感器性能和腐蚀抑制等方面展现出显著增强的特性。

电化学合成方法

电化学聚合是制备PANI及其纳米复合材料的关键技术，它允许聚合物薄膜直接在基底上均匀沉积，并通过调节电位、电流和扫描速率等参数，精确控制薄膜的厚度、形貌和沉积速率。该过程通常涉及单体的阳极氧化生成自由基阳离子、二聚体形成、PANI链增长以及PANI的氧化和掺杂等步骤。

电化学合成方法主要分为三类：

1. 1.
   恒电位法：在固定电位下进行聚合。较低电位有利于形成薄而平滑、附着力好的薄膜，具有更好的电化学可逆性、导电性和循环稳定性；较高电位则导致快速聚合，形成较厚、粗糙且多孔的纤维状结构，初始电容可能较高，但长期稳定性较差。
2. 2.
   恒电流法：施加恒定电流进行聚合。适中的电流密度可产生均匀致密的薄膜，有利于纳米材料的均匀掺入，从而提高导电性和电化学性能。过高或过低的电流密度则可能导致形貌无序，性能下降。
3. 3.
   动电位法（如循环伏安法CV）：通过在一定电位范围内循环扫描来沉积材料。这种方法能监测聚合物的氧化还原行为，并形成独特的层状或多孔结构。较慢的扫描速率有助于形成致密均匀的薄膜，其导电性和电活性通常优于高速扫描下合成的材料。

PANI-碳质材料

碳质材料因其大比表面积、多孔结构、化学惰性、低成本和良好导电性而被广泛用于储能器件。通过电化学方法可以有效地将PANI与石墨烯、GO、rGO、炭黑（CB）和CNT等碳质材料复合。例如，一项研究通过恒电流法（CA）在氮掺杂石墨烯（NG）修饰的电极上沉积金纳米粒子（Au NPs），随后电聚合苯胺，成功制备了用于生物传感器的PANI-石墨烯-Au纳米复合材料。该方法首先通过化学法制备NG，并将其涂覆在FTO基底上，然后进行Au NPs的掺杂和PANI的电聚合，最终得到性能优异的复合传感材料。

结论

电化学合成法为制备高性能的聚苯胺基纳米复合材料提供了一条高效、可控且环境友好的途径。通过精细调控电化学参数，可以实现纳米填料在PANI基质中的理想分布，从而显著增强复合材料在机械强度、导电性、传感性能、电容及循环稳定性等方面的表现。这种方法在能源存储、传感技术、腐蚀防护和电催化等众多技术领域具有广阔的应用前景。未来的研究可进一步集中于优化合成参数，探索新型纳米填料，以及拓展其在生命科学和健康医学等领域的创新应用。