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醌胺聚合物(PAQ)是一类新型功能高分子材料。本文在总结了国内外PAQ的研究现状和发展趋势的基础上,对PAQ的溶液聚合法和微波固相合成法及其电化学性能进行了研究。 应用溶液聚合法由对苯醌与邻苯二胺、对苯二胺、联苯胺和己二胺反应,合成了四种不同结构的PAQ。采用单因素实验和正交实验的方法,考察了原料配比、氧化剂用量、溶剂用量、反应温度和时间对聚合转化率和产物特性粘度的影响,获得了优化的反应条件。如对苯醌与对苯二胺反应的最佳条件为:对苯醌:对苯二胺=3:1(mol),氧化剂FeCl3用量为3 mol/mol对苯二胺,四氢呋喃溶剂用量为12 mL/0.01mol原料,反应温度70℃,反应时间3 h。在此条件下,转化率达到99.3%。为改善溶液聚合法工艺复杂、成本较高等问题,采用微波辐射的方法进行醌胺固相聚合,研究了微波照射的功率、时间和方式对反应的影响,探讨了聚合反应和微波作用的机理。实验结果表明,对苯醌与对苯二胺进行微波聚合的最佳条件为:对苯醌:对苯二胺=1:1(mol),无氧化剂,490 W功率的微波间歇照射共30 min,间隔时间5 min;在此条件下的反应转化率为82.7%。微波固相聚合工艺可以加快反应速度,省去溶剂和氧化剂,并且后处理简单,为PAQ的合成提供了一条简洁、高效、节能的新途径。对聚合产物的结构采用红外、紫外光谱等手段进行表征,还测试了PAQ的溶解性,用热重和差热分析研究了PAQ的热稳定性,并用电子自旋共振波谱测试其电荷转移性能。 采用循环伏安法、单电极恒流放电和电池恒流充放电等测试手段,研究了对苯醌—对苯二胺聚合产物的电化学性能。结果表明,循环伏安曲线上出现对称的氧化还原峰,在相同的测试条件下,微波法产物相对于溶液法产物电化学活性更强,接受电荷的容量更大,循环稳定性和产品性能的重现性也更好。这表明微波固相法合成的产物在电化学性能方面优于溶液聚合法的产物。对苯醌—对苯二胺聚合物与金属锂组装成的模拟电池的恒流充放电效率最高达92.7%,比容量约为41 mA·h·g-1,比能量约为98 mW·h·g-1。因此,对苯醌—对苯二胺聚合物作为二次电池的电极活性材料具有良好的应用潜力。