Ústav makromolekulární chemie AV ČR
banner

Vodivé polymery

Oddělení se soustřeďuje na přípravu vodivých polymerů, jako jsou polyanilin, polypyrrol (PPy), poly(3,4-etylendioxythiofen) (PEDOT), a dalších, chemickou oxidací nebo elektrochemickou polymerací odpovídajících monomerů. Hlavním cílem je řízení polymerní morfologie, jmenovitě tvorba jednorozměrných nanostruktur s vysokou elektrickou vodivostí. Příprava hybridních kompozitů složených z vodivých polymerů a organické či anorganické složky představuje cestu k tvorbě nových materiálů. Navíc jsou zkoumány aplikace takovýchto vodivých materiálů v elektrodách superkapacitorů či jako inteligentních adsorbentů škodlivin v oblasti životních prostředí.

Mezinárodní tým oddělení tvoří pět vědeckých pracovníků, tři doktorandi a technická pracovnice.

 

Výzkum

Syntéza vodivých polymerů a jejich kompozitů

Vodivé polymery mohou být připraveny v různých formách (obr. 1).Obr. 1. Různé formy polyanilinu. Pokud oxidace monomerů probíhá v kyselém vodném prostředí, jsou typickým produktem prášky. Tenké polymerní filmy jsou deponovány na libovolný povrch ponořený do reakční směsi nebo mohou být připraveny elektrochemicky. Hybridní kompozity vznikají pokrýváním různých anorganických nebo organických objektů (např. dichalkogenidy přechodových kovů, ferity, bavlněné textilie, metaloorganické soustavy). V případě, že je součástí polymerační směsi vhodný vodorozpustný polymer, vznikají koloidní disperze. Pokud je polymerace monomerů prováděna v přítomnosti vodorozpustných polymerů ve zmrzlé reakční směsi, po rozmražení je výsledkem poddajný vodivý hydrogel. Aerogely mohou být získány lyofilizací nebo technikou výměny rozpouštědel. V poslední době se výzkum soustřeďuje na zvyšování vodivosti polypyrrolu modifikací způsobu přípravy přídavkem organických barviv. Nejvyšší vodivost, 175 S cm−1, byla zaznamenána, když byl polypyrrolová nanovlákna připravena v přítomnosti safraninu při −24°C. Karbonizace zachovávající původní morfologii vodivých polymerů je způsobem jak získávat uhlíkové materiály bohacené dusíkem s vysokým specifickým povrchem a definovanou morfologií.

Macromol. Rapid Comm. (2020)

Macromolecules (2020)

Macromolecules (2017)

J. Mater. Chem. C (2020)

Polymer (2020)

Adv. Funct. Mater. (2021)


Elektrochemická charakterizace

Elektrochemické metody, jako jsou cyklická voltametrie, galvanostatické nabíjení–vybíjení, elektrochemická impedanční spektroskopie, elektrochemické křemenné mikrováhy a spektroelektrochemická měření, jsou používány ke studiu elektrochemické výkonnosti vodivých polymerů. V poslední době byly tyto techniky použity pro porozumění role vodíkových můstků na morfologii, strukturu a elektrochemické vlastnosti PEDOTu. Prokázána byla tvorba kation-radikálů vlivem tvorby vodíkových můstků mezi kyselinou mravenčí a polymerem. Řetězce PEDOTu se reorganizují v průběhu elektrochemických experimentů a vytvářejí anizotropickou strukturu potvrzenou polarizační mikroskopií.

J. Mater. Chem. C (2019)

J. Psych. Chem. C (2018)

Polymer (2020)


Aplikace

Připravené vodivé polymery jsou využitelné:

  1. jako senzorové vrstvy v biosenzorech pro včasnou detekci infekčních a bakteriálních kolonií;
  2. v řízené adsorpci a fotokatalitickém rozkladu vodních kontaminantů, jako jsou organická barviva, léky, a ionty těžkých kovů;
  3. jako funkční materiály v energetických a elektronických aplikacích.

J. Mater. Chem. A (2019)

React. Funct. Polym. (2020)

J. Colloid Interface Sci. (2019)

ChemElectroChem (2017)

 

Grantová podpora

  • Grantová agentura České republiky (19-04859S): Interakce vodivých polymerů s organickými barvivy: Principy a důsledky (2019–2021).
  • Agentura pro zdravotnický výzkum České republiky (NU20-06-00424): Implantovatelné detektory pro včasnou detekci infekčních a bakteriálních kolonií (2019–2023).
  • Grantová agentura České republiky (21-01401S): Inovativní kompozity na bázi vodivých polymerů pro čištění vody (2021-2024).

 

Patenty a užitné vzory

  • P. Bober, F. Josefík, L. Kubáč, L. Martinková, J. Marek, Funkční vodivá flexibilní textilie s antistatickými a nehořlavými vlastnostmi, 2019, 33188.
  • F. Josefík, L. Kubáč, J. Černý, P. Bober, L. Martinková, J. Marek, Funkční vodivá textilie s disipativními, antistatickými a antimikrobiálními vlastnostmi, 2019, 33415.
  • L. Brožová, E. Tomšík, J. Žitka, Kompozitní membrány pro separaci směsí plynů a metody jejich přípravy, 2018, EP2858739-B1.