ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LXXVIII 2025

Олена АКСІМЕНТЬЄВА, Наталія ЖУРІНА, Юлія МАРКІВ, Ярослав КОВАЛЬСЬКИЙ

Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна
е-mail: nataliia.zhurina@lnu.edu.ua

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2025.78.090

ОCOБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ І СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК ПОЛІОРТОАНІЗИДИНУ ТА ЙОГО СПІВПОЛІМЕРІВ З АНІЛІНОМ НА ПРОЗОРИХ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПОВЕРХНЯХ

Методом окиснювальної полімеризації in situ на поверхні станум (IV) оксиду сфор-мовано тонкі плівки полі(о-анізидину), поліаніліну, та їх співполімерів за різного молярного співвідношення мономерів у реакційній суміші. Квантово-хімічними розрахунками підтверджено, що в процесі полімеризації о-анізидину зі збільшенням довжини олігомерного ланцюга відбувається закономірне зменшення потенціалу йонізації та звуження енергетичної щілини (різниці енергій вищої зайнятої та нижчої вільної молекулярних орбіталей), що спричиняє автоприскорення процесу. Під час дослідження кінетики (спів)полімеризації виявлено суттєві відмінності у реакційній здатності мономерів, а також збільшення індукційного періоду та сповільнення швидкості процесу зі збільшенням вмісту о-анізидину в мономерній суміші. Газо¬чутливі властивості отриманих плівок були протестовані щодо дії амоніаку. Продемонстровано, що сенсорний відгук матеріалів на дію амоніаку зумовлюється оборотним депротонуванням полімерного ланцюга, що супроводжується значними змінами в оптичних спектрах поглинання. Виявлено, що найвищу чутливість (261%) демонструє плівка співполімеру з молярним співвідношенням аніліну до о-анізидину 3:1.

Ключові слова: полі(о-анізидин), поліанілін, співполімери, амоніак, оптичні спектри.

Література:

    1. To C. K., Ben-Jaber S., Parkin I.P. Developments in the Field of Explosive Trace Detection. ACS Nano. 2020. Vol. 14(9). P. 10804–10833. (https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01579).
    2. National Center for Biotechnology Information. [Electronic resource]. URL: (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Diethylenetriamine#section=Health-Hazards) (Access date 16.01.2025). 3. Ricci P.P., Gregory O.J. Free standing thin‑film sensors for the trace detection of explosives. Sci. Rep. 2021. Vol. 11. P. 6623. (https://doi.org/10.1038/s41598-021-86077-6).
    4. Tsizh B. R., Aksimentyeva O. I. Ways to improve the parameters of optical gas sensors of ammonia based on polyaniline. Sens. Act. A Phys. 2020. Vol. 315. P. 112273. (https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112273).
    5. Panda S., Mehlawat S., Dhariwal N., Kumar A., Sanger A. Comprehensive review on gas sensors: Unveiling recent developments and addressing challenges. Mater. Sci. Eng. B. 2024. Vol. 308. P. 117616. (https://doi.org/10.1038/s41598-021-86077-6).
    6. Aksimentyeva O. I., Tsizh B. R., Horbenko Y. Y., Konopelnyk O. I., Martynyuk G. V., Chokhan’ M. I. Flexible elements of gas sensors based on conjugated polyaminoarenes. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2018. Vol. 670(1). P. 3–10. (https://doi.org/10.1080/15421406.2018.1542057).
    7. Borkar A. D., Heda P. B., Umare S. S. Oxidative copolymers of aniline with o-anisidine: Their structure and ion exchange properties. Mater. Res. Innov. 2011. Vol. 15(2). P. 135–139. (https://doi.org/10.1179/143307511X12998222918994).
    8. Neetika M., Rajni J., Singh P. K., Bhattacharya B., Singh V., Tomar S.K. Synthesis and properties of polyaniline, poly(o -anisidine), and poly[aniline-co-(o -anisidine)] using potassium iodate oxidizing agent. High Perform. Polym. 2017. Vol. 29(3). P. 266–271. (https://doi.org/10.1177/0954008316639366).
    9. Ozyilmaz A.T. Synthesis of Poly (Aniline-Co-O-Anisidine) Film in Electrolyte Mixture and Its Anticorrosion Behavior. Nat. Eng. Sci. 2021. Vol. 6(3). P. 197–207. (https://doi.org/10.28978/nesciences.1036850). 10. Hu C., Li Y., Zhang N., Ding Y. Synthesis and characterization of a poly(o-anisidine)-SiC composite and its application for corrosion protection of steel. RSC Adv. 2017. Vol. 7(19). P. 11732–11742. (https://doi.org/10.1039/c6ra27343b).
    11. Yang X., Wang G., Wang R., Li X. A novel layered manganese oxide/poly(aniline-co-o-anisidine) nanocomposite and its application for electrochemical supercapacitor. Electrochim. Acta. 2010. Vol. 55(19). P. 5414–5419. (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.04.067).
    12. Sivakumar K., Kumar V.S., Shim J.-J., Haldorai Y. Photocatalytic and Antimicrobial Activities of Poly(aniline-co-o-anisidine)/Zinc Oxide Nanocomposite. Asian J. Chem. 2014. Vol. 26(2). P. 600–606. (https://doi.org/10.14233/ajchem.2014.16274).
    13. Kenane A. et al. Synthesis and characterization of conducting aniline and o-anisidine nanocomposites based on montmorillonite modified clay. Appl. Clay Sci. 2020. Vol. 184. P. 105395. (https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.105395).
    14. Khamngoen K., Paradee N., Sirivat A. Chemical oxidation polymerization and characterization of poly ortho-anisidine nanoparticles. J. Polym. Res. 2016. Vol. 23(9). P. 181. (https://doi.org/10.1007/s10965-016-1073-7).
    15. Horbenko Yu. Yu., Dzeryn M. R., Tsizh B. R., Aksimentieva O. I. Method for obtaining sensitive elements of sensors based on polyaminoarenes. Patent of Ukraine No. 123712. Publ. 12.03.2018. (in Ukrainian). 16. Jin Z., Su Y., Duan Y. An improved optical pH sensor based on polyaniline. Sens. Act. B. 2000. Vol. 71. P. 118–122. (https://doi.org/10.1016/S0925-4005(00)00597-9).
    17. Kumar A., Choudhary N. Synthesis, Characterization, and Applications of SnO2 Nanoparticles: A Comprehensive Review. JJTU J. Renew. Energy Exchange. 2022. Vol. 10(10). P. 65–75.
    18. Tan W., Li X., Li X. Theoretical screening of SnO2-based single-atom catalysts for CO oxidation reaction. Reac Kinet Mech Cat. 2025. (https://doi.org/10.1007/s11144-025-02830-23.25).
    19. Aksimentyeva O.I., Tsizh B.R., Horbenko Yu.Yu., Stepura A.L. Detection of the organic solvent vapors by the optical gas sensors based on polyaminoarenes. Sci. Messin. LNU Vet. Med. Biotech. 2021. Vol. 23(95). P. 20–24. (https://doi.org/10.32718/nvlvet-f9504).
    20. Ahmad M. N. et al. Improving the Thermal Behavior and Flame-Retardant Properties of Poly(o-anisidine)/MMT Nanocomposites Incorporated with Poly(o-anisidine) and Clay Nanofiller. Molecules. 2022. Vol. 27(17). P. 5477. (https://doi.org/10.3390/molecules27175477).
    21. Aksimentyeva O., Konopelnyk O., Horbenko Yu., Starykov H. Poly(o-anisidine) - Graphene Oxide Nanocomposites. Proceeding of 12th International Conference “Nanomaterials: Applications & Properties” (NAP-2022), Kraków, Poland, Sept. 11–16, 2022. P. 01–04. (https://doi.org/10.1109/NAP55339.2022.9934745).
    22. Sapurina I., Shishov M. Oxidative polymerization of aniline: Polyaniline molecular synthesis and the formation of supramolecular structures. New polymers for special applications / Edited by A.S. Gomes. INTECH. 2012.
    23. Maistrenko L. A., Andreeva О. А. Infrared spectroscopic studies of new generation polymer compounds. Bulletin of KhNTU. 2011. Vol. 4(43). P. 143–147.
    24. Aksimentyeva O., Martyniuk G., Tsizh B., Kovalskyi Y., Yatskov M. Formation of flexible elements of optical sensors based on composites of polyaminoarenes and polyvinyl alcohol. Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2021. Vol. LXVI. P. 7–18. (in Ukrainian).
    25. Baizer M. M., Lund H. Organic electrochemistry. Marcel Dekker Inc., 1983. Vol.2. P. 679–684.
    26. Massines D., Funt L. Poly-o-methoxyaniline: a new soluble conducting polymer. Synth. Met. 1988. Vol. 25(3). P.235–243. (https://doi.org/10.1016/0379-6779(88)90248-2).
    27. Laha S., Luthy R. G. Oxidation of aniline and other primary aromatic amines by manganese dioxide Environ. Sci. Technol. 1990. Vol. 24(3). P. 363–373. (https://doi.org/10.1021/es00073a012).
    28. Koval’chuk E.P., Stratan N.V., Reshetnyak O.V., Błażejowski J., Whittingham M.S. Synthesis and properties of the polyanisidines. Solid State Ionics. 2001. Vol. 142(4). P. 217–224. (https://doi.org/10.1016/S0167-2738(01)00748-2).
    29. Santos-Ceballos J. C., Salehnia F., Güell F., Romero A., Vilanova X., Llobet E. Room-Temperature Ammonia Sensing Using Polyaniline-Coated Laser-Induced Graphene. Sensors. 2024. Vol. 24(23). P. 7832. (https://doi.org/10.3390/s24237832).
    30. Mikulionok I.O. Technological fundamentals of polymer materials processing. 2nd ed., revised and enlarged. Kyiv: Igor Sikorsky KPI, 2020. 292 p. (in Ukrainian).
    31. Vilenskyi V.O. Polymers: synthesis, modification, research: a textbook. Zhytomyr: I. Franko Zhytomyr State University Publishing House, 2024. 348 p. (in Ukrainian).
    32. Aksimentyeva O., Dutka V., Horbenko Yu., Martyniuk H., Rii U., Zastavska H. Composites of electroconductive polyaminoarenes in the matrix of styromal. Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2017. Vol. XLVIII. P. 7–16. (http://nbuv.gov.ua/UJRN/pntsh_him_2017_48_3).
    33. Vispute K., Mukke A., More A. Poly(o‐anisidine), its composites, derivatives and applications: A review. Polym. Adv. Technol. 2023. Vol. 35(1). (https://doi.org/10.1002/pat.6218).
    34. Butoi B., Groza A., Dinca P., Balan A., Barna V. Morphological and Structural Analysis of Polyaniline and Poly(o-anisidine) Layers Generated in a DC Glow Discharge Plasma by Using an Oblique Angle Electrode Deposition Configuration. Polymers (Basel). 2017. Vol. 9(12). P. 732. (https://doi.org/10.3390/polym9120732).
    35. Kuestan A. I. Synthesis and characterization of polyaniline and poly(aniline-co-o-nitroaniline) using vibrational spectroscopy. Arab. J. Chem. 2017. Vol. 10. P. S2668–S2674. (https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.10.010).
    36. Tsizh B. R., Aksimentyeva O. I., Olkhova M. R., Horbenko Yu. Yu. Sensory properties of polyaniline films, obtained on the optically transparent carriers. Sci. Messin. LNU Vet. Med. Biotech. 2016. Vol. 18(2). P. 121–125. (https://doi.org/10.15421/nvlvet201668).
    37. Pandey S. Highly sensitive and selective chemiresistor gas/vapor sensors based on polyaniline nanocomposite: A comprehensive review. J. Sci.: Adv. Mater. Devices. 2016. Vol. 1. P. 431–453. (https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2016.10.005).
    38. Aksimentyeva O., Tsizh B., Holyaka R. Modern trends in the design of sensitive layers for optical sensors of toxic substances. Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2024. Vol. 75. P. 144–151. (https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2024.75.144).
    39. Dong R., Yang M., Zuo Y., Lian L., Xing H., Duan X., Chen S. Conducting Polymers-Based Gas Sensors: Principles, Materials, and Applications. Sensors. 2025. Vol. 25(9). P. 2724. (https://doi.org/10.3390/s25092724).
    40. Tsizh B., Aksimentyeva O., Holyaka R., Chokhan M. Gas sensors for analysis of food products: a monograph. Lviv. SPOLOM, 2021. 236 p. (in Ukrainian).
    41. Ricci P.P., Gregory O.J. Free standing thin-film sensors for the trace detection of explosives. Sci. Rep. 2021. Vol. 11. P. 6623. (https://doi.org/10.1038/s41598-021-86077-6).

Як цитувати:

АКСІМЕНТЬЄВА О., ЖУРІНА Н., МАРКІВ Ю., КОВАЛЬСЬКИЙ Я. ОCOБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ І СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК ПОЛІОРТОАНІЗИДИНУ ТА ЙОГО СПІВПОЛІМЕРІВ З АНІЛІНОМ НА ПРОЗОРИХ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПОВЕРХНЯХ. Праці НТШ. Хім. Наук. 2025. Т. 78. С. 90-102.

Завантажити файл