聚乙炔(英语:polyacetylene,
IUPAC名:polyethyne)是一种结构单元为(CH=CH)n的
聚合物材料。这种聚合物经溴或碘掺杂之后导电性会提高到金属水平,这引起了研究者的兴趣。
白川英树、
艾伦·黑格和
艾伦·麦克迪尔米德因“发现和发展
导电聚合物”获得了2000年的
诺贝尔化学奖。如今聚乙炔以用于制备太阳能电池、半导体材料和
电活性聚合物等。
聚乙炔包括单双键交替的共轭结构。由于
双键不可扭转的性质,聚乙炔的每个结构单元都有顺式和反式两种结构。如果每个结构单元都呈顺式,则成为顺式聚乙炔,反之为反式聚乙炔。两者的电阻率分别为10-9和10-5/欧·厘米。
1960年代已经有研究者使用
齐格勒-纳塔催化剂制取聚乙炔,得到的是黑色固体。1967年秋天,日本化学家
白川英树实验室的访问学者偶然合成出了银白色带
金属光泽的聚乙炔。白川英树分析了实验过程后,发现原因是实验者错误地使用了通常用量一千倍的齐格勒-纳塔催化剂,造成聚乙炔高度结晶,形成了纤维状结构。
1975年,
艾伦·麦克迪尔米德到
东京工业大学作访问学者,在会议上展示了自己研究的金色
聚氮化硫,白川英树则向
艾伦展示了银色聚乙炔。艾伦·麦克迪尔米德马上联想到聚乙炔的研究前景,邀请白川英树到美国共同研究。最初白川英树希望可以通过纯化聚乙炔来提高导电性,却发现越纯导电性越差,麦克迪尔米德想到在聚氮化硫中加入溴之后可以将
电导率提高到十倍,就建议在聚乙炔里掺杂溴。1976年
白川英树发现掺杂少量碘之后,电流表的指数猛的增大,以致烧坏了仪器。经测量,聚乙炔的导电性变成了之前的10的8次方倍,这已经接近了银的导电性随后他们和
艾伦·黑格合作,对掺杂机理进行了研究。
聚乙炔的成膜条件是:(1)使用均相催化体系;(2)高催化活性;G)较高的催化剂浓度;(4)较小的链转移速度从而得到较高的分子量; (5)适当的溶剂。典型的聚合方法是将直径约40mm的平底玻璃反应器多次抽空充氮后在高纯氮气流下加入1毫升甲苯,0.14ml(0.004m01),Ti(OBu)4和0.22ml,0.016m01)A1ESa,经30分钟陈化后冷却至-70℃,真空排气。旋转反应器使催化剂溶液均匀地沾附在反应器壁上,然后迅速通入乙炔气体,此时反应器壁上立即生成一张红色的聚乙炔薄膜。所得的聚乙炔膜厚度可通过调节催化剂浓度、乙炔气压及聚合时间来控制。一般在上述催化剂浓度下,乙炔气压799.8X103Pa,聚合温度为-78℃,约经1-4小时,即可得到厚度为0.1mm左右的聚乙炔膜。抽去未反应完的乙炔气体以中止反应,并用甲苯将所得聚乙炔膜清洗至无色透明,真空干燥后待用。