中南聚苯胺導電聚合膜的制備及表征Word

1、應(yīng)用化學實驗報告實驗九 聚苯胺導電聚合膜的制備及表征學 院 化學化工學院指導老師 專業(yè)班級姓 名學 號 同 組 人 2012年 06月 09日實驗九 聚苯胺導電聚合膜的制備及表征一、實驗?zāi)康?. 了解聚合物的合成方法性能和主要反應(yīng)； 2. 通過電化學聚合實驗，掌握電化學聚合的實驗技術(shù)以及相應(yīng)的電化學測試方法；二、實驗原理20世紀70年代后期由于聚乙炔的發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生了以共軛高分子為基礎(chǔ)的導電高分子學科，并得到了迅猛的發(fā)展，而導電聚合物聚苯胺自20世紀80年代中期被mac diarmid等重新開發(fā)以來， 以其原料易得、合成簡單、較高的電導率和潛在的溶液和熔融加工性能，以及良好的環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點， 成

2、為目前最受關(guān)注的三大導電高分子品種(聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯) 之一。正是以上這些優(yōu)點，使聚苯胺有廣闊的應(yīng)用前景。導電聚苯胺具有較好的電磁屏蔽和微波吸收性能，如聚苯胺/聚氯乙烯導電共混材料的電磁屏蔽常數(shù)大于50 db。在二次電池(塑料電池) 中使用聚苯胺具有良好的充放電效果， 循環(huán)充電2000次， 庫侖效率仍接近100%。導電聚苯胺是一種良好的金屬防腐蝕材料， 同時還是較好的防污材料， 可在艦船上廣泛應(yīng)用。另外， 聚苯胺還有電致變色、電子發(fā)光等可被將來利用的性能。聚苯胺的合成方法很多， 如化學氧化聚合法、電化學聚合法、現(xiàn)場聚合法(in-situ)、縮合聚合法等，其中化學氧化聚合法較為簡單， 易于

3、大批量生產(chǎn)， 因而吸引了許多注意力。本實驗用電化學聚合法合成聚苯胺，并且對其電化學和光學性能進行表征。 聚苯胺的形成是通過陽極偶合機理完成的 ，具體過程可由下式表示聚苯胺鏈的形成是活性鏈端( nh2) 反復(fù)進行上述反應(yīng)，不斷增長的結(jié)果。由于在酸性條件下，聚苯胺鏈具有導電性質(zhì)，保證了電子能通過聚苯胺鏈傳導至陽極，使增長繼續(xù)。只有當頭頭偶合反應(yīng)發(fā)生，形成偶氮結(jié)構(gòu)，才使得聚合停止。pan有4 種不同的存在形式，它們分別具有不同的顏色(見表1)。苯胺能經(jīng)電化學聚合形成綠色的叫作翡翠鹽的pan導電形式。當膜形成后， pan 的4 種形式都能得到，并可以非常快地進行可逆的電化學相互轉(zhuǎn)化。完全還原形式的無色

4、鹽可在低于-0.2 v 時得到，翡翠綠在0.30.4v 時得到，翡翠基藍在0 .7 v 時得到，而紫色的完全氧化形式在0.8 v 時得到。因此，可通過改變外加電壓實現(xiàn)翡翠綠和翡翠基藍之間的轉(zhuǎn)化，也可以通過改變ph值來實現(xiàn)。區(qū)分不同光學性質(zhì)是由苯環(huán)和喹二亞胺單元的比例決定的，它能通過還原或質(zhì)子化程度來控制。表1不同種類的pan三、實驗試劑與儀器儀器：電化學工作站，導電玻璃，飽和甘汞電極，pt絲電極 試劑：苯胺，硫酸四、實驗步驟和現(xiàn)象1. 苯胺、硫酸水溶液的配制取1.86g苯胺于燒杯中，加入約150ml水，加入11.1ml濃硫酸，攪拌均勻后用水稀釋至200ml。得到黃綠色透明溶液。（試劑瓶中的苯胺

5、為棕紅色，被氧化）2. 電極的預(yù)處理導電玻璃分別在乙醇、二次水中超聲清洗，每次5min。3. 電解槽的裝配將上述所配溶液取適量置于一50ml燒杯中，以處理過的導電玻璃為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極（使用前要檢查kcl溶液是否足夠并趕去電極中的氣泡），pt絲電極為輔助電極組成三電極體系。4. 線性掃描儀循環(huán)伏安法打開電腦操作界面，選擇循環(huán)伏安法，掃描范圍調(diào)節(jié)在-0.11.5v，掃描速率為50mv/s，點開始進行掃描，掃描完成后將數(shù)據(jù)和圖像存儲下來。5. 聚苯胺膜的制備選擇恒電位電解i-t曲線法設(shè)定電位0.80.9v，掃描200s，做出聚苯胺膜在硫酸溶液中的循環(huán)伏安曲線圖。6. ph測定制備不

6、同硫酸濃度標準溶液3份（0.05，0.1，0.5mol/l），以及ph=4的標準溶液，做出其循環(huán)伏安曲線，并根據(jù)結(jié)果得出ph-e曲線。五、實驗結(jié)果和討論1.線性循環(huán)掃描伏安法得到的實驗曲線（圖1）從圖中可以看出00.8v聚苯胺沒有形成其電流為0，因而選擇0.9v作為恒電位電解時的電壓更為合適。圖1 原溶液線性掃描循環(huán)伏安法圖中可以看出00.8v聚苯胺沒有形成其電流為0，因而選擇0.9v作為恒電位電解時的電壓更為合適。2.恒電位電解i-t曲線（e=0.9v），用origin作圖圖2原溶液恒電位電解i-t曲線3.不同ph下的循環(huán)伏安曲線，用origin作圖電位e(v)圖3 0.05mol/lh2s

7、o4溶液中聚苯胺膜的循環(huán)伏安曲線電位e(v)圖4 0.1mol/lh2so4溶液中聚苯胺膜的循環(huán)伏安曲線電位e(v)圖4 0.5mol/lh2so4溶液中聚苯胺膜的循環(huán)伏安曲線電位e(v)圖5 ph=4 的h2so4溶液中聚苯胺膜的循環(huán)伏安曲線表2不同ph值下的響應(yīng)電位硫酸濃度（mol/l）ph響應(yīng)電位（v）0.0510.450.100.70.580.5000.755e-540.05用origin作對應(yīng)的ph-e響應(yīng)曲線，并進行曲線擬合。圖6 ph-e響應(yīng)曲線曲線擬合方程為：y=-0.16565x+0.69355由此可見聚苯胺的氧化電位響應(yīng)值隨ph的增大而降低，但其線性相關(guān)性較差，r2僅為0.

8、70212，造成實驗結(jié)果誤差如此大的原因有很多，從小組的實驗情況分析，其可能原因有以下幾點：a. 制得的聚苯胺薄膜由于均一性不好在反復(fù)循環(huán)伏安掃描中脫落，影響了導電玻璃的導電性，這一點使得后來測定的實驗曲線其氧化峰很難觀測，造成原因可能是導電玻璃表面不夠光潔。b. 實驗所用的試劑發(fā)生氧化，在實際操作中我們發(fā)現(xiàn)，制備導電膜剩余的溶液在空氣中放置一段時間后，顏色由淡黃綠色變?yōu)闇\紅色，應(yīng)該是苯胺發(fā)生了氧化，而且在取苯胺時發(fā)現(xiàn)其已變?yōu)樽丶t色。c. 電極由于長期放置，其電極活性部分被一些物質(zhì)覆蓋，影響了電極的靈敏度，尤其是甘汞電極中的飽和kcl溶液要及時檢查，并拍去氣泡。六、實驗思考1. 為什么導電玻璃使用前要仔細清理？導電玻璃的表面是聚苯胺薄膜的形成場所，若不清理干凈，會影響聚苯胺在導電玻璃表面的形成和均一性排布，影響后續(xù)的測定。2. 什么是修飾電極？化學修飾電極是在電極表面進行分子設(shè)計，將具有優(yōu)良化學性質(zhì)的分子、