Electrochemical synthesis of electroconducting polymers

Abstract

Electroconducting polymers from the group of synthetic metals are extensively investigated due to numerous properties perspective in practical application. These materials may be synthesized by both chemical and electrochemical procedures. Chemical synthesis is suitable when bulk quantities of the polymer are necessary and up to date it presents dominant commercial method of producing electroconducting polymers. Nevertheless, the electrochemical synthesis has its advantages; it avoids usage of oxidants since conducting polymeric material is obtained at anode upon application of positive potential, leading to increased purity. On the other hand, since the polymer is deposited onto electrode, further electrochemical characterization is facilitated. Owing to actuality of the research in the field, this text aims to describe important aspects of electrochemical synthesis of electroconducting polymers, with special emphasis to polyaniline and polypyrrole.

Tradicionalno shvatanje o polimerima kao odličnim izolatorima izmenjeno je sedamdesetih godina prošlog veka kada su naučnici uspeli da sintetizuju poiliacetilen čija je provodljivost bila bliska metalnoj. Ova činjenica ukazala je na novo svojstvo polimernih materijala i lansirala potpuno novo multidisciplinarno naučno polje, popularno nazvano, sintetički metali. Iako je danas pojmom elektroprovodnih polimera obuhvaćena velika grupa jedinjenja koja su klasifikovana prema prirodi prenosioca naelektrisanja, naziv elektroprovodni polimeri se najčešće koristi u literaturi upravo za polimerne materijala iz grupe sintetičkih metala koji poseduju elektronsku provodljivost kao posledicu specifičnosti molekulske strukture. Pored zahteva molekulske structure, koja podrazumeva konjugovani sistem dvostrukih veza, za provodljivost elektroprovodnih polimera neophodno je dopovanje. Termin dopovanje, iako preuzet iz terminologije klasičnih neorganskih poluprovodnika, podrazumeva u mnogome drugačiji proces. Dopovanje elektroprovodnih polimera podrazumeva oksidaciju tokom koje se, u cilju održavanja elektroneutralnosti polimernog lanca, uvodi stehiometrijska količina jona (anjona). Terminom dopovanje obuhvaćena je i protonacija polimernog lanca kiselinom, u slučaju polianilina, a nedavno je potvrđena i u slučaju polipirola. Kako je, na ovaj način, uvedena velika količina jona izmenjenja je polazna struktura elektroprovodnog polimera, tako da svojstva nastalog materijala zavise u velikoj meri od svojstava dopanta. Iako su na početku razvoja ove oblasti, elektroprovodni polimeri bili sintetizovani hemijskim postupcima, sticanjem uvida u mehanizam hemijske sinteze koja podrazumeva oksidativnu radikalnu polimerizaciju, postalo je jasno da se ovi materijali mogu dobiti i elektrohemijskim postupcima. Elektrohemijska sinteza ima prednosti, pošto se polimer dobija oksidacijom na elektrodama (anodama), čime je izbegnuta upotreba oksidacinog sredstva i omogućena veća čistoća proizvoda. Sa druge strane, elektroprovodni polimer je u većini slučajeva dobijen u obliku prevlake na elektrodi, pa je njegova dalja karakterizacija elektrohemijskim tenikama olakšana. Interesovanje za oblst sinteze elektroprovodnih polimera ne jenjava, pa je ovaj tekst posvećen osnovnim principima elektrohemijskih postupaka sinteze sa posebnim osvrtom na najpopularnije elektroprovodne polimere, polianilin i polipirol.