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乳液法合成聚苯胺材料及其电化学性能的分析与表征

罗来正

   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(FeCl_3/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FeCl_3和APS的摩尔比为3.5:1,FeCl_3/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%,FeCl_3/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,FeCl_3/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。……   
[关键词]:聚苯胺;聚苯胺/乙炔黑复合材料;FeCl_3/APS复合氧化剂;碳纸;电化学性能
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:重庆大学2010年
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