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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊文軒
研究生(外文):Yang, Wen-Xuan
論文名稱:聚吲哚高分子電池材料之合成及性質探討
論文名稱(外文):Synthesis And Characterization Of Polyindole Polymer Battery Material
指導教授:許清雲許清雲引用關係
指導教授(外文):Hsu, Ching-Yun
口試委員:彭立祥莊振君
口試委員(外文):Perng, Li-HsiangJhuang, Jhen-Jyun
口試日期:2012-06-27
學位類別:碩士
校院名稱:正修科技大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:民生學門
學類:美容學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:141
中文關鍵詞:吲哚5-硝基吲哚導電高分子氧化聚合共聚物
外文關鍵詞:Indole5-nitroindoleConductive polymerOxidative polymerizationcopolymer
相關次數:
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本研究以吲哚為起始原料,經由磺酸化、乙醯化、硝化三個步驟成功合成5-硝基吲哚(5-nitroindole,1)。吲哚及化合物1利用三氯化鐵氧化聚合得到聚吲哚(Polyindole,2)、聚5-硝基吲哚(Poly(5-nitroindole),3);再以不同單體比例進行共聚合反應得到吲哚-5-硝基吲哚共聚物(copoly(indole-(5-nitroindole)),5),因聚5-硝基吲哚聚合度不高,所以利用吲哚進行共聚合藉以提高聚合度,希望可補強其熱性質與電性質;聚吲哚化合物2利用硝化反應於側鏈位置引入-NO2拉電子基團得到聚硝基吲哚(poly-nitroindole,4)。經由熱重損失分析儀測試其5%熱重損失溫度為235~351℃,而在紫外光/可見光譜可觀察到最大吸收波長為320~473nm。電化學性質量測使用循環伏安儀測量高分子之能隙為1.71~2.32,再進行高分子導電度量測,導電度為0.88~68.1(μS/cm),最後利用脈衝式I-V量測系統測量高分子電流電壓之行為。






In this study, indole was used as the starting material, the target synthesis of Polyindole 2, Poly(5-nitroindole) 4 and Indole/5-Nitroindole copolymer 5 , which is a conductive polymer material.
Indole under sulfonation, acetylation and nitration to obtained 5-nitroindole 1, further using oxidative coupling to produce homopolymer 2, 3 by Ferric chloride (FeCl3). Nitrification of homopolymer 2 to polyindole side chains induced the –NO2 in the electronic groups to obtain (poly-nitroindole, 4). In addition to using different monomer ratio of the Indole-(5-Nitroindole) in the copolymerization were to obtain copolymer 5, it can be enhancing the homopolymer 3 thermal and electrochemical properties.
The result showed that the thermal weight loss of 5% temperature of polymers 2, 3, 4 and 5 measured between 235 to 351℃ by TGA analysis. Their maximum absorbance wavelength was ranging frome 320 to 473 nm by UV/visible. Energy gap of Polymer 2, 3, 4 and copolymer 5 were between 1.71 to 2.32 (eV) by Cyclic voltammetry analysis, and their conductivity were edged 0.88 to 68.1(μS/cm). The behavior of the polymer and copolymer current-voltage observed by Pulse I-V measurements System.

目錄
致謝 I
中文摘要 II
ABSTRACT III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
附錄光譜 XI
第一章、緒論 1
1-1、前言 1
1-2、鋰離子二次電池發展 3
1-3、鋰高分子二次電池 6
1-3-1、聚苯胺鋰高分子電池 8
1-3-2、聚吲哚鋰高分子電池 9
1-4鋰高分子電池組成概述 11
第二章、文獻回顧 13
2-1、導電性高分子起源 13
2-2、導電性高分子的導電機制 15
2-3、導電性高分子的摻雜 20
2-4、吲哚之簡介 25
2-4-1、5-硝基吲哚之製備 25
2-4-2、聚吲哚衍生物之簡介 28
2-5研究動機 31
2-6研究方法 32
第三章、實驗部分 34
3-1、單體合成流程圖 34
3-2、聚合反應流程圖 35
3-3、實驗藥品 36
3-4、實驗儀器 39
3-5、材料合成 43
3-6、鈕扣型電池製作 54
第四章、結果與討論 55
4-1、材料合成 55
4-1-1單體合成之探討 55
4-1-2、高分子材料合成之探討 61
4-1-3、高分子共聚物之元素分析探討 66
4-2、熱性質之探討 68
4-3光學性質之探討 76
4-4電化學性質 80
4-4-1循環伏安法之探討 80
4-4-2、導電度量測 84
4-4-3、電壓電流量測 86
4-4-4、電池充電測試 90
第五章、結論 91
參考文獻 94
附錄、相關光譜 100


表目錄
表1-1、聚吲哚二次電池之特性 10
表1-2、鋰高分子電池特性 12
表2-1、常見的本質型導電性高分子之導電度及結構 22
表2-2、聚吲哚的液相摻雜結果 23
表4-1、高分子化合物簡稱 61
表4-2、PIn、P5NI及P5NIcoPIn之元素分析數據 67
表4-5、各化合物HOMO、LUMO及能隙計算表 83
表4-6、各化合物導電度表 85
表4-7、各化合物電壓5及10伏特下之對應電流 89


圖目錄
圖1-1、鋰離子二次電池應用預測分析 2
圖1-2、未來電動車用電池電容量成長趨勢圖 3
圖1-3、搖椅電池充放電電壓模型圖 5
圖1-4、鋰離子二次電池基本結構示意圖 5
圖1-5、鋰高分子電池的基本架構 6
圖1-6、Li-Al/ LiBF4- PC/ Pan鈕扣型電池結構圖 7
圖1-7、不同型態聚苯胺與顏色轉換機制 8
圖2-1、金屬、半導體與絕緣體之導電度比較圖 14
圖2-2、金屬導體、半導體、絕緣體示意圖 16
圖2-3、半導體摻雜示意圖 17
圖2-4、伏安法三極式系統裝置圖 18
圖2-5、(左)CV掃描方式(中)理想的可逆反應CV 圖(右)實際的可逆反應圖 18
圖2-6、二茂鐵能階示意圖 19
圖2-7、有機共軛分子跳躍式傳遞電子示意圖 21
圖2-8、5-硝基吲哚之電化學摻雜 24
圖2-9、5-硝基吲哚合成路徑一 26
圖2-10、5-硝基吲哚合成路徑二 27
圖2-11、5-硝基吲哚合成路徑三 27
圖2-12、5-硝基吲哚合成路徑四 28
圖2-13、聚吲哚結構圖 29
圖3-1、ATR 結構 40
圖3-2、鈕扣型電池示意圖 54
圖4-1、1H NMR實驗光譜 56
圖4-2、化合物1a及1b之FT-IR疊圖 57
圖4-3、化合物1及1b之FT-IR疊圖 58
圖4-4、化合物1之1H NMR光譜 59
圖4-5、化合物1之質譜 59
圖4-6、化合物5-aminoindole之FT-IR光譜圖 60
圖4-7、化合物PIn及P5NI之FTIR光譜疊圖 63
圖4-8、化合物NPIn不同硝酸莫耳數比進行硝化之FTIR疊圖 64
圖4-9、化合物P5NIcoPIn不同單體比例之FTIR疊圖 64
圖4-10、化合物PamicoPIn不同單體比例之FTIR疊圖 65
圖4-11、化合物PIn及P5NI之TGA疊圖 68
圖4-12、化合物NPIn不同硝酸莫耳數進行硝化反應之TGA疊圖 69
圖4-13、化合物P5NIcoPIn不同單體比例之TGA疊圖 70
圖4-14、化合物PamicoPIn不同單體比例之TGA疊圖 70
圖4-15、化合物PIn、P5NI之一次微分TGA圖 71
圖4-16、化合物NPIn為不同硝酸莫耳數進行硝化之一次微分TGA疊圖 72
圖4-17、化合物P5NIcoPIn不同單體比例之一次微分TGA疊圖 72
圖4-18、化合物PamicoPIn不同單體比例之一次微分TGA疊圖 73
圖4-19、化合物PIn及P5NI之紫外線/可見光光譜圖 76
圖4-20、化合物NPIn為不同硝酸莫耳數進行硝化之紫外線/可見光光譜圖 77
圖4-21、化合物P5NIcoPIn不同單體比例之紫外線/可見光光譜圖 77
圖4-22、化合物PamicoPIn不同單體比例之紫外線/可見光光譜圖 78
圖4-23、化合物PIn及P5NI之CV圖 81
圖4-24、化合物NPIn為不同硝酸莫耳數進行硝化反應之CV圖 81
圖4-25、化合物P5NIcoPIn不同單體比例之CV圖 82
圖4-25、化合物PamicoPIn不同單體比例之CV圖 82
圖4-26、導電度測試示意圖 84
圖4-27化合物PIn之I-V量測圖 86
圖4-28化合物NPIn為不同硝酸莫耳數進行硝化反應之I-V量測圖 87
圖4-29化合物P5INcoPIn不同單體比例之I-V量測圖 87
圖4-30化合物P5INcoPIn不同單體比例之I-V量測圖 88
圖4-31、PIn及P5NIcoPIn-1:10為陰極材料之鈕扣型電池充電測試圖 90
附錄光譜
光譜一、化合物6-nitroindoline之1H NMR實驗光譜 100
光譜二、化合物6-nitroindole之1H NMR實驗光譜 101
光譜三、化合物6-nitroindole之13C NMR實驗光譜 102
光譜四、化合物1a之1H NMR實驗光譜 103
光譜五、化合物1a之13C NMR實驗光譜 104
光譜六、化合物1a之FTIR實驗光譜 105
光譜七、化合物1b之1H NMR實驗光譜 106
光譜八、化合物1b之13C NMR實驗光譜 107
光譜九、化合物1b之FTIR實驗光譜 108
光譜十、化合物1之1H NMR實驗光譜 109
光譜十一、化合物1之13C NMR實驗光譜 110
光譜十二、化合物1之FTIR實驗光譜 111
光譜十三、化合物1之MASS實驗光譜 112
光譜十四、化合物5-aminoindole之1H NMR實驗光譜 113
光譜十五、化合物5-aminoindole之13C NMR實驗光譜 114
光譜十六、化合物5-aminoindole之FTIR實驗光譜 115
光譜十七、化合物5-aminoindole之MASS實驗光譜 116
光譜十八、化合物PIn之FTIR實驗光譜 117
光譜十九、化合物P5NI之FTIR實驗光譜 118
光譜二十、化合物Pami之FTIR實驗光譜 119
光譜二十一、化合物NPIn-0.2mol之FTIR實驗光譜 120
光譜二十二、化合物NPIn-0.4mol之FTIR實驗光譜 121
光譜二十三、化合物NPIn-0.6mol之FTIR實驗光譜 122
光譜二十四、化合物NPIn-0.8mol之FTIR實驗光譜 123
光譜二十五、化合物P5NIcoPIn-1:2之FTIR實驗光譜 124
光譜二十六、化合物P5NIcoPIn-1:4之FTIR實驗光譜 125
光譜二十七、化合物P5NIcoPIn-1:10之FTIR實驗光譜 126
光譜二十八、化合物PamicoPIn-1:2之FTIR實驗光譜 127
光譜二十九、化合物PamicoPIn-1:10之FTIR實驗光譜 128

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