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Le pellicole di PPy sono gialle ma si scuriscono all'aria a causa dell'ossidazione. Le pellicole p-doped sono blu o nere, a seconda del grado di polimerizzazione e dello spessore del film. Il PPy è descritto come "quasi unidimensionale" anziché unidimensionale poiché presenta leggeri fenomeni di crosslinking e chain hopping. Le pellicole doped e non doped sono insolubili ma rigonfiabili e fragili. Sono stabili all'aria fino a 150 |
Le pellicole di PPy sono gialle ma si scuriscono all'aria a causa dell'ossidazione. Le pellicole p-doped sono blu o nere, a seconda del grado di polimerizzazione e dello spessore del film. Il PPy è descritto come "quasi unidimensionale" anziché unidimensionale poiché presenta leggeri fenomeni di crosslinking e chain hopping. Le pellicole doped e non doped sono insolubili ma rigonfiabili e fragili. Sono stabili all'aria fino a 150°C, poi superata questa temperatura il dopante inizia a modificarsi (ad esempio, come HCl).<ref name="RussChemRev2" /> |
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Il PPy è un isolante, ma i suoi derivati ossidati sono buoni conduttori elettrici, la cui conduttività dipende dalle condizioni e dai reagenti utilizzati nell'ossidazione. Le conducibilità variano da 2 a 100 S/cm. Conduttività più elevate sono associate ad anioni più grandi, come il [[tosilato]]. Il doping del polimero rende necessario che il materiale si gonfi per accogliere gli anioni di compensazione della carica. |
Il PPy è un isolante, ma i suoi derivati ossidati sono buoni conduttori elettrici, la cui conduttività dipende dalle condizioni e dai reagenti utilizzati nell'ossidazione. Le conducibilità variano da 2 a 100 S/cm. Conduttività più elevate sono associate ad anioni più grandi, come il [[tosilato]]. Il doping del polimero rende necessario che il materiale si gonfi per accogliere gli anioni di compensazione della carica. |
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Versione delle 08:14, 6 apr 2023
| Polipirrolo | |
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| Nome IUPAC | |
| Polipirrolo | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | [C4H3N]n |
| Aspetto | polvere nera |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Solubilità in acqua | insolubile |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Frasi R | 10 |
| Frasi S | -- |
Il polipirrolo (PPy) è un tipo di polimero organico ottenuto dalla polimerizzazione ossidativa del pirrolo. È un solido di formula H(C4H2NH)nH. Intrinsecamente, il polipirrolo è un polimero conduttore, usato in elettronica, ottica, biologia e medicina.[2][3]
Storia
Alcuni dei primi esempi di polipirrolo furono riportati nel 1919 da Angeli e Pieroni, che riferirono la formazione di pirroli neri dal pirrolil magnesio bromuro.[4] Da allora la reazione di ossidazione del pirrolo è stata studiata e riportata in letteratura scientifica.
Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid e Hideki Shirakawa sono stati insigniti del Premio Nobel per la chimica nel 2001 per il lavoro sui polimeri conduttivi tra cui il polipirrolo, il politiofene, la polianilina e il poliacetilene.[5]
Sintesi
Diversi metodi possono essere utilizzati per sintetizzare il polipirrolo, i più comuni sono la sintesi elettrochimica e l'ossidazione chimica.[3][6][7]
Ossidazione chimica del pirrolo:
- n C4H2NH + 2n FeCl 3 → (C4H2NH)n + 2n FeCl2 + 2n HCl
Si pensa che il processo avvenga tramite la formazione del catione pi-radicalico C4H4NH+. Questo elettrofilo attacca il carbonio C-2 di una molecola di pirrolo non ossidata per dare un catione dimerico [(C4H4NH)2 ]++. Il processo si ripete molte volte.
Le forme conduttive di PPy vengono preparate mediante ossidazione ("p-doping") del polimero:
- (C4H2NH) n + 0,2X → [(C4H2NH)nX0,2 ]
La polimerizzazione e il p-doping possono anche essere effettuati elettrochimicamente. Il polimero conduttivo risultante viene staccato dall'anodo. I metodi di voltammetria ciclica e cronocoulometria possono essere utilizzati per la sintesi elettrochimica del polipirrolo.[8]
Proprietà
Le pellicole di PPy sono gialle ma si scuriscono all'aria a causa dell'ossidazione. Le pellicole p-doped sono blu o nere, a seconda del grado di polimerizzazione e dello spessore del film. Il PPy è descritto come "quasi unidimensionale" anziché unidimensionale poiché presenta leggeri fenomeni di crosslinking e chain hopping. Le pellicole doped e non doped sono insolubili ma rigonfiabili e fragili. Sono stabili all'aria fino a 150°C, poi superata questa temperatura il dopante inizia a modificarsi (ad esempio, come HCl).[2]
Il PPy è un isolante, ma i suoi derivati ossidati sono buoni conduttori elettrici, la cui conduttività dipende dalle condizioni e dai reagenti utilizzati nell'ossidazione. Le conducibilità variano da 2 a 100 S/cm. Conduttività più elevate sono associate ad anioni più grandi, come il tosilato. Il doping del polimero rende necessario che il materiale si gonfi per accogliere gli anioni di compensazione della carica.
Questi cambiamenti fisici del Ppy dopato, quando associati a fenomeni di carica e scarica, sono stati proposti come forma di muscolo artificiale.[9] La superficie delle pellicole di polipirrolo possiede proprietà frattali e la diffusione ionica attraverso di esse mostra un modello di diffusione anomalo.[10][11]
Applicazioni
Il PPy e i relativi polimeri conduttivi hanno due applicazioni principali: nei dispositivi elettronici e per i sensori chimici.[12]
Tendenze della ricerca
Il PPy è un potenziale veicolo per la somministrazione di farmaci, in quanto la sua matrice polimerica funge da contenitore per le proteine.[13]
Il polipirrolo è stato studiato come supporto catalizzatore per celle a combustibile[14] e per sensibilizzare elettrocatalizzatori catodici.[15]
Insieme ad altri polimeri coniugati quali polianilina, poli(etilendiossitiofene) ecc., il polipirrolo è stato studiato come materiale per "muscoli artificiali", un tipo di tecnologia che offre vantaggi rispetto ai tradizionali elementi di azionamento del movimento.
Il polipirrolo è stato utilizzato per rivestire la silice e la silice in fase inversa, per produrre un materiale capace di scambio anionico e che mostra interazioni idrofobiche.[16]
Il polipirrolo è stato utilizzato nella fabbricazione a microonde di nanotubi di carbonio a pareti multiple, ottenendo un metodo rapido per far crescere i CNT.[17]
Una spugna in poliuretano resistente all'acqua rivestita con un sottile strato di polipirrolo è in grado di assorbire 20 volte il suo peso in olio ed essere poi riutilizzabile.[18]
La fibra di polipirrolo filata a umido può essere preparata per polimerizzazione chimica del pirrolo con DEHS come drogante.[19]
Note
- ^ E.H. Yu e K. Sundmacher, Trans IChemE, Part B, Process Safety and Environmental Protection, 2007, 85(B5): 489–493, in Enzyme Electrodes for Glucose Oxidation by Electropolymerization of Pyrrole, vol. 85, n. 5, 2007, pp. 489–493, DOI:10.1205/psep07031.
- ^ a b Tat'Yana V. Vernitskaya e Oleg N. Efimov, Polypyrrole: a conducting polymer; its synthesis, properties and applications, in Russ. Chem. Rev., vol. 66, n. 5, 1997, pp. 443–457, Bibcode:1997RuCRv..66..443V, DOI:10.1070/rc1997v066n05abeh000261.
- ^ a b (EN) D. Müller, C.R. Rambo, D.O.S. Recouvreux, L.M. Porto e G.M.O. Barra, Chemical in situ polymerization of polypyrrole on bacterial cellulose nanofibers, in Synthetic Metals, vol. 161, n. 1-2, 2011-01, pp. 106–111, DOI:10.1016/j.synthmet.2010.11.005.
- ^ A. Angeli and A. Pieroni, Qazz.
- ^ A. G. MacDiarmid, <2581::aid-anie2581>3.0.co;2-2 Synthetic metals: A novel role for organic polymers (Nobel Lecture), in Angew. Chem. Int. Ed., vol. 40, n. 14, 2001, pp. 2581–2590, DOI:10.1002/1521-3773(20010716)40:14<2581::aid-anie2581>3.0.co;2-2.
- ^ Guillaume Sabouraud, Saïd Sadki e Nancy Brodie, The mechanisms of pyrrole electropolymerization, in Chemical Society Reviews, vol. 29, n. 5, 2000, pp. 283–293, DOI:10.1039/a807124a.
- ^ (EN) S. Rapi, V. Bocchi e G. P. Gardini, Conducting polypyrrole by chemical synthesis in water, in Synthetic Metals, vol. 24, n. 3, 1º maggio 1988, pp. 217–221, DOI:10.1016/0379-6779(88)90259-7, ISSN 0379-6779.
- ^ Ahmad Sharifi-Viand, Determination of fractal rough surface of polypyrrole film: AFM and electrochemical analysis, in Synthetic Metals, vol. 191, 2014, pp. 104–112, DOI:10.1016/j.synthmet.2014.02.021.
- ^ Ray H. Baughman, Playing Nature's Game with Artificial Muscles, in Science, vol. 308, n. 5718, 2005, pp. 63–65, DOI:10.1126/science.1099010, PMID 15802593.
- ^ Ahmad Sharifi-Viand, Diffusion through the self-affine surface of polypyrrole film Vacuum doi:10.1016/j.vacuum.2014.12.030
- ^ Ahmad Sharifi-Viand, Investigation of anomalous diffusion and multifractal dimensions in polypyrrole film, in Journal of Electroanalytical Chemistry, vol. 671, 2012, pp. 51–57, DOI:10.1016/j.jelechem.2012.02.014.
- ^ Jiri Janata e Mira Josowicz, Progress Article: Conducting polymers in electronic chemical sensors, in Nature Materials, vol. 2, n. 1, 2003, pp. 19–24, DOI:10.1038/nmat768, PMID 12652667.
- ^ S. Geetha, Chepuri R.K. Rao e M. Vijayan, Biosensing and drug delivery by polypyrrole" "Molecular Electronics and Analytical Chemistry, in Analytica Chimica Acta, vol. 568, 1–2, 2006, pp. 119–125, DOI:10.1016/j.aca.2005.10.011, PMID 17761251.
- ^ Sreekuttan M. Unni, Vishal M. Dhavale e Vijayamohanan K. Pillai, High Pt Utilization Electrodes for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells by Dispersing Pt Particles Formed by a Preprecipitation Method on Carbon "Polished" with Polypyrrole, in The Journal of Physical Chemistry C, vol. 114, n. 34, 2010, pp. 14654–14661, DOI:10.1021/jp104664t.
- ^ Tim S. Olson, Svitlana Pylypenko e Plamen Atanassov, Anion-Exchange Membrane Fuel Cells: Dual-Site Mechanism of Oxygen Reduction Reaction in Alkaline Media on Cobalt−Polypyrrole Electrocatalysts, in The Journal of Physical Chemistry C, vol. 114, n. 11, 2010, pp. 5049–5059, DOI:10.1021/jp910572g.
- ^ Hailin Ge e G.G. Wallace, High-performance liquid chromatography on polypyrrole-modified silica, in Journal of Chromatography A, vol. 588, 1–2, 27 dicembre 1991, pp. 25–31, DOI:10.1016/0021-9673(91)85003-X.
- ^ (EN) Zhen Liu, Jialai Wang e Vinod Kushvaha, Poptube approach for ultrafast carbon nanotube growth, in Chemical Communications, vol. 47, n. 35, 23 agosto 2011, pp. 9912–9914, DOI:10.1039/C1CC13359D. URL consultato il 3 gennaio 2023.
- ^ (EN) Erika Gebel, Greasy Sponge Slurps Up Oil, su cen.acs.org, 26 giugno 2013. URL consultato il 26 marzo 2023.
- ^ J. Foroughi, Production of polypyrrole fibres by wet spinning, in Synthetic Metals, vol. 158, 3–4, 2008, pp. 104–107, DOI:10.1016/j.synthmet.2007.12.008.
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