导电聚苯胺的生物催化合成方法
摘要 介绍了生物催化的概念、特点以及影响酶促反应的因素,例举了生物催化合成导电聚苯胺的方法。
关键词 导电聚合物;聚苯胺;生物催化;合成方法;举例
1977年,Shirakawa等制得电导率接近金属的聚乙炔薄膜,从此导电聚合物研究领域越来越受到关注。相继发现聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等种类,其中聚苯胺(如图1)电学性能优越、稳定性良好、反应物成本低且容易得到、应用广泛,被认为是最具有应用前景的导电聚合物。化学法和电化学法是合成聚苯胺的传统方法,其反应条件比较苛刻,难以分离、纯化,不易加工。生物催化法弥补了此些缺点,而成为当前合成导电聚苯胺的研究热点。
1生物催化概述
生物催化是指利用酶或有机体(细胞、细胞器等)作为催化剂实现化学转化的过程。合成聚苯胺的过程常用到的是酶,如辣根过氧化物酶(HRP)、大豆过氧化物酶(SBP)等。生物酶催化具有高效性、高选择性、可调节性以及反映条件温和易达到等特特点。影响酶催化反映速度的因素包括底物浓度、抑制剂、温度、pH值等。1913年提出的Michaelis-Menten方程(米氏方程)指出:酶含量一定,当底物浓度较小时,酶催化反应速率与底物浓度呈线性关系;当底物浓度很大时,酶催化反应速率不再发生改变,有一个最大值。米氏方程是研究酶促反应动力学的重要方程,但在实验室条件下,由于底物含量一定,因此主要通过调节反应温度、pH值等来寻找酶的最佳催化条件,以提高目标产物的产率。
2生物催化合成方法
张为灿等以SBP作为催化剂,在十二烷基磺酸钠(SDS)胶束体系中得到了头-尾相连结构的聚苯胺。他们采用紫外分光光度计(UV)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对产品进行分析,并讨论了不同反应条件对聚合的影响,发现最优条件:pH为4.5,苯胺、双氧水以及SDS的浓度分别为2.5mmol/L、1.0mmol/L和0.2%。
白利杰等以HRP为催化剂,SDS为模板制备了聚苯胺。运用UV、FTIR、电导率仪以及热接种量分析仪对产品进行表征,分析了各因素对聚合反应的影响,得到最佳pH为2.0,H2O2及SDS的最适浓度都为
20mmol/L。
胡兴等则采用血红蛋白(Hb)作为生物催化剂,在SDS中进行合成聚苯胺实验。他们首先制备了SDS胶束体系,再经反应、破乳、离心、洗涤、干燥等操作得到黑绿色粉末状得聚苯胺。同样利用UV、FTIR、电导率仪以及热接种量