乳液法合成聚苯胺材料及其电化学性能的分析与表征

摘要

导电聚合物由于其显著的器件应用而引起了人们的广泛关注。在众多的导电聚合物中，由于聚苯胺（PANI）固有的导电性、氧化还原性及光学性能，而成为最引人注目的导电高分子之一。目前，PANI已被广泛应用于基础材料中，如pH传感器、生物传感器、二次电池、膜材料、电致变色器件及防腐涂料等。
　　 在过去几十年中，涂膜法是被用作表征化学法合成PANI电化学性能的主要手段。由于碳纸具有高的电导率、稳定的化学性能、小的孔径尺寸、大的表面积及电化学惰性等特点，因此，以碳纸负载PANI作为电极材料，可以解决PANI的不溶不熔性、PANI膜的均匀性及成膜物的绝缘性等问题。
　　 本文首次以碳纸为载体，将其置于苯胺的乳液聚合体系中，利用聚合过程中在其表面形成均匀、连续、致密的PANI膜，并以碳纸负载PANI为工作电极表征PANI的电化学性能，从而有效解决了PANI电化学测试中的灵敏度、准确性及稳定性问题。采用三氯化铁和过硫酸铵（FeCl3/APS）为复合氧化剂，在乳液聚合体系中制备了十二烷基苯磺酸（DBSA）掺杂的PANI和PANI/乙炔黑（PANI/AB）复合材料；同时以碳纸负载PANI和碳纸负载PANI/AB 复合材料作为工作电极，对PANI和PANI/AB复合材料的电化学性能（循环伏安及塔菲尔曲线）进行有效的实时表征，并通过对产物电导率、产率、FT-IR、XRD和TGA的对比分析，印证了产物电化学性能的表征结果。
　　 研究结果表明：（1）当FeCl3和APS的摩尔比为3.5：1，FeCl3/APS复合氧化剂与苯胺的摩尔比为3：1，反应时间为8h，以及DBSA与苯胺的摩尔比为0.8：1时，PANI的各项性能达到最佳值。此条件下制备的PANI与单独APS制备的PANI相比，其循环伏安曲线峰电流、腐蚀电位、电导率及产率更高，同时其结晶性和热稳定性也得到了明显改善。（2）当PANI/AB复合材料中的乙炔黑（AB）含量达到5％，FeCl3/APS复合氧化剂和苯胺的摩尔比为3：1，反应时间为8h，以及DBSA与苯胺的摩尔比为0.8：1时，PANI/AB复合材料的各项性能达到最佳值。该复合材料与同条件下制备的PANI相比：循环伏安曲线峰电流、腐蚀电位及电导率更大，微观结构表征结果显示，复合材料的结晶性和热稳定性也得到了明显改善。
　　 实验结果表明，FeCl3/APS复合氧化剂能够提高PANI的各项性能，因此可以作为制备PANI的一种理想复合氧化剂；与单独PANI相比，PANI/AB复合材料各项性能也有很大改善，表明PANI复合材料具有其独特的优势。

目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

2 实验部分

3 FeCl3/APS复合氧化剂制备聚苯胺及其性能研究

4 聚苯胺/乙炔黑复合材料的制备及其性能研究

5 结论与展望

致 谢

参考文献

附 录