铽掺杂聚苯胺-多壁碳纳米复合材料的热稳定性增强及其结构行为

《Scientific Reports》：Enhanced thermal stability and structural behavior of terbium-doped polyaniline-multiwalled carbon nanocomposite

　　

摘要

通过氧化聚合方法有效制备了氯化铽掺杂聚苯胺/多壁碳纳米管（Tb-PAni-MW）纳米复合材料，以考察稀土金属掺杂对导电聚合物纳米复合材料结构和热特性的影响。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）证实了Tb3?离子在PAni/MWCNT骨架中的存在，光谱在1585 cm?1和1485 cm?1处显示出与聚苯胺的醌式（Q）和苯式（B）单元相关的主要特征吸收峰。扫描电子显微镜（SEM）形貌学研究显示，纳米复合材料基体具有致密的纳米结构表面，且掺杂剂在整个基体中分布均匀。热重分析确认了三阶段降解过程，在10–50 °C/min的加热速率下，总体失重率为40.07%–46.80%。在30 °C/min加热速率下获得的最大残留率为59.93%，表明对热分解的抵抗能力增强。动力学估算显示活化能值在12.33–55.10 kJ/mol之间，反映了不同降解阶段分解机制的变化。正焓值表明降解过程吸能，而负熵值表明分解过程中形成了更有序的活化态。吉布斯自由能值在81.26–213.08 kJ/mol之间，证实了聚合物基体的热力学稳定性。通过氯化铽掺杂PAni/MWCNT纳米复合材料实现了热阻力的提高，适用于先进的功能性和能源相关应用。