ポリピロール

ポリピロール（PPy ）は、ピロールの酸化重合によって得られる有機ポリマーである。化学式H(C ₄ H ₂ NH) _n Hで表される固体である。本質的に導電性のあるポリマーであり、電子工学、光学、生物学、医療の分野で使用されている。^{[2] [3]}

PPyの最初の例のいくつかは、1919年にAngeliとPieroniによって報告されました。彼らは、ピロールマグネシウム臭化物からピロールブラックの形成を報告しました。^[4] それ以来、ピロールの酸化反応は研究され、科学文献で報告されています。

ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレンなどの導電性ポリマーの研究により、アラン・J・ヒーガー、アラン・G・マクダーミド、白川英樹は2000年にノーベル化学賞を受賞しました。 ^[5]

PPyの合成にはさまざまな方法がありますが、最も一般的なのは電気化学合成と化学酸化です。^{[6] [3] [7]}

ピロールの化学酸化:

n C ₄ H ₄ NH + 2n FeCl ₃ → (C ₄ H ₂ NH) _n + 2n FeCl ₂ + 2n HCl

このプロセスは、πラジカルカチオンC ₄ H ₄ NH ⁺の形成を介して起こると考えられています。この求電子剤は、酸化されていないピロール分子のC-2炭素を攻撃して、二量体カチオン[(C ₄ H ₄ NH) ₂ ] ^{++ を}生成します。このプロセスは何度も繰り返されます。

PPy の導電性形態は、ポリマーの酸化 (「p ドーピング」) によって生成されます。

(C ₄ H ₂ NH) _n + 0.2 X → [(C ₄ H ₂ NH) _n X _0.2 ]

重合とpドーピングは電気化学的に行うこともできる。得られた導電性ポリマーは陽極から剥がされる。ポリピロールの電気化学的合成には、サイクリックボルタンメトリー法とクロノクーロメトリー法が使用できる。^[8]

最近のマイクロ・ナノ液滴研究では、様々な固体表面上に形成された様々な流体テンプレートを用いたポリピロール微細構造の合成が行われています。^[9]

PPy のフィルムは黄色ですが、空気中では酸化により暗くなります。ドープされたフィルムは、重合度とフィルムの厚さに応じて青または黒になります。これらは非晶質で、弱い回折しか示しません。PPy は、架橋とチェーンホッピングがあるため、1 次元ではなく「準 1 次元」と呼ばれます。ドープされていないフィルムとドープされたフィルムは、溶媒に溶けませんが、膨潤します。ドーピングにより材料は脆くなります。空気中では 150 °C まで安定しており、この温度でドーパント (HCl など) が発生し始めます。^[2]

ポリマーをドーピングするには、電荷補償アニオンを収容するために材料が膨張する必要がある。この充電と放電に関連する物理的変化は、人工筋肉の一形態として議論されてきた。^[10]ポリピロールフィルムの表面はフラクタル特性を示し、そこを通過するイオン拡散は異常な拡散パターンを示す。^{[11] [12]}

PPyおよび関連する導電性ポリマーの主な用途は、電子デバイスと化学センサーおよび電気化学アプリケーションである。^[13]

PPyは薬物送達のための潜在的な媒体である。ポリマーマトリックスはタンパク質の容器として機能する。^[14]

ポリピロールは燃料電池の触媒担体として^[15] 、またカソード電極触媒の増感剤として研究されてきた^[16]。

ポリピロールは、ポリアニリン、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）などの他の共役ポリマーとともに、「人工筋肉」の材料として研究されており、これは従来のモーター駆動要素に比べて利点がある技術である。^[17]

ポリピロールはシリカと逆相シリカをコーティングするために使用され、陰イオン交換が可能で疎水性相互作用を示す材料を生み出しました。^[18]

ポリピロールは、CNTを急速に成長させる方法であるマイクロ波による多層カーボンナノチューブの製造に使用されました。^[19]

ポリピロールの薄い層でコーティングされた耐水性ポリウレタンスポンジは、その重量の20倍の油を吸収し、再利用が可能です。^[20]

湿式紡糸ポリピロール繊維は、ピロールとDEHSをドーパントとして化学重合して製造することができる。^[21]

• 有機半導体
• テトラピロール