电化学法制备聚苯胺

武汉工程大学本科毕业（设计）论文I摘要在所有已知导电聚合物中，聚苯胺因其稳定性，可控制的导电率以及氧化还原特性等引起了众多科学家的兴趣，目前已经成为导电聚合物研究的热点。本文以铂片为电极，用电化学方法来合成聚苯胺。研究了电极、电解溶液以及扫描速度等因素的改变对聚苯胺膜形貌及电化学可逆性的影响。在室温条件下的酸性溶液中，以铂片为电极，用苯胺单体作为反应剂，通过循环伏安法制备聚苯胺薄膜。研究了在不同电解质溶液中聚苯胺的电化学合成及其电化学氧化还原行为电解质溶液组成的关系，重点分析了苯胺单体浓度、质子酸浓度以及阴离子种类、扫描速度对苯胺形态和电化学活性的影响。结果表明，在苯胺浓度为0.1mol／L，硫酸浓度0.1mol/Ｌ，盐酸浓度为0.5mol／Ｌ的混合溶液中，当扫描速度为0.03V/s时，可获得颗粒均匀度比较高的聚合物。该聚合物具有很好的氧化还原可逆性。关键词：导电聚合物；聚苯胺；循环伏安法；可逆性；扫描速度武汉工程大学本科毕业（设计）论文IIAbstractAmongallconductingpolymers,polyanilinehasattractedconsiderableinterestforitsenvironmentalstability,controllableelectricalconductivity,andinterestingredoxproperties.Inthispaperwehavereportedthesynthesisandcharacterizationofpolyanilinedepositedinaanilinesulphricacid,electrodeandchlohydicacidsolutiononplatinumelectrode.Polyanilinefilmshavebeensynthesizedonplatinumsurfaceininorganicacidanilinesolutionunderdifferentconditionssuchasscanratesandacidconcentration.ApplyingCyclicvoltametrymethodpolymerizedpolyaniline,inspectingtheeffectsofdifferentpreparationconditionsontheirphysicalstructureandelectrochemistryproperties.UsingSEMforsurfacemorphologycharacterization,employingXRDforstructucalcharacterizationofpolyanilinefilm.Theresultsindicatethatpolyanilinefilmssynthesizedin0.1mol/Lanilinecontaining1.0mol/Lsulfuricacidand0.5mol/Lhydrochloricacidsolution,attheambienttemperatureandscanrate0.03V/swecangetuniformgrainexhibitgoodreversibility.Keywords:conductingpolymer;polyaniline;cyclicvoltametrymethod;reversibility;scanrate武汉工程大学本科毕业（设计）论文III目录摘要....................................................................IAbstract...................................................................II目录..................................................................III第一章文献综述.............................................................11.1导电聚合物简介.......................................................11.1.1电子导电聚合物.................................................11.1.2聚苯胺的历史及现状.............................................21.1.3聚苯胺研究中存在的主要问题.....................................31.2聚苯胺结构及性质.....................................................41.2.1聚苯胺的结构及特性.............................................41.2.2聚苯胺的特殊掺杂机制...........................................61.2.3导电聚苯胺导电机理.............................................61.3聚苯胺的合成.........................................................71.3.1电化学合成及基本方法...........................................81.3.2导电聚合物电化学合成机理.......................................81.4聚苯胺的应用.........................................................91.4.1导电材料.......................................................91.4.2能源材料.......................................................91.4.3防腐材料......................................................101.4.4电池屏蔽材料..................................................111.5研究方法............................................................111.5.1线性扫描伏安法(LinearSweepVoltammetry)......................111.5.2循环伏安法(CyclicVoltammetry)................................11第二章电化学方法制备聚苯胺与分析..........................................132.1实验部分...........................................................132.1.1实验药品及仪器...............................................132.1.2工作电极制备..................................................132.1.3苯胺酸溶液的制备..............................................142.1.4聚苯胺合成....................................................142.1.5实验方法......................................................14第三章结果与讨论..........................................................153.1酸性介质的种类及浓度的影响.........................................153.1.1质子酸种类的影响..............................................153.1.2质子酸浓度的影响..............................................183.2苯胺浓度的影响.....................................................20第四章结论与建议..........................................................234.1结论................................................................23武汉工程大学本科毕业（设计）论文IV4.2建议...............................................................23参考文献...................................................................25武汉工程大学本科毕业（设计）论文1第一章文献综述1.1导电聚合物简介所谓导电高聚物是由具有共轭π键的聚合物经化学和电化学“掺杂后形成的，通过“掺杂”使其电导率由绝缘体上升至导体的数量级[1]。有机聚合物的电学性质从绝缘体向导体的转变[2]，对有机聚合物理论研究具有重要的意义，促进了分子导电理论和固态电子理论的发展。更因为导电聚合物潜在的巨大应用价值，导电高分子材料的研究引起众多科学家的广泛关注，目前已成为有机化学领域研究的热点之一。大量的研究表明，各种共轭聚合物经掺杂后都能变为具有不同导电性能的导电聚合物[3]。早期的研究兴趣主要集中在掺杂导电态。随着理论研究的逐步成熟，新的有机导电材料不断涌现，这种新型材料的物理化学性能也逐步被人们所认识。近20多年的研究，使得导电聚合物无论在材料设计和合成、掺杂和导电机理、还是从结构与性能、加工性和稳定性及应用探索等方面取得长足的进展，有些正向实用化的方向迈进[4]。1.1.1电子导电聚合物1977年Shirakawa等发现聚乙炔经碘掺杂后电导率可提高10亿倍[5]，接近于金属的导电率。从此，有机聚合物是优良绝缘体的传统观念被破除，电子导电聚合物成为新的材料而引起各国科学家的高度重视。除聚乙炔外，目前已有大量以芳香化合物(如苯胺及环取代苯胺，苯或稠环芳烃)和杂环化合物(如吡咯，噻吩及其衍生物等)为单体的电子导电聚合物的报道，这些聚合物可望在电能储存，电成色显示，传感器，电催化，腐蚀防护，发光材料，电磁屏蔽等方面获得广泛应用[6]。电子导电聚合物的一个共同基本特征是聚合物中单体单元之间存在兀电子体系的相互作用。在室温下，这些聚合物的本征导电性起源于离域的共轭兀电子轨道的存在。换言之，共轭双键或共轭双键与杂原子(如N，S原子)的未成键P轨道的偶合是这些有机材料导电的必要条件[7]。因此，虽然电子导电聚合物和氧化还原聚合物都属电活性聚合物(electroactivepolymers)，但二者是不同的。氧化还原聚合物中含有电活性基团，电活性基团之间可进行电子交换，但其聚合物骨架不是共轭体系，因而有别于电子导电聚合物[8]。电子导电聚合物必须通过氧化或还原在聚合物骨架上引入电荷中心才能表现出导电武汉工程大学本科毕业（设计）论文2性(聚苯胺还可通过质子化在聚合物骨架上引入电荷中心)。聚合物的化学氧化实质上是从价带中