中南聚苯胺導(dǎo)電聚合膜的制備及表征

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1、應(yīng)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)九聚苯胺導(dǎo)電聚合膜的制備及表征學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院指導(dǎo)老師專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)同組人2012年06月09日實(shí)驗(yàn)九聚苯胺導(dǎo)電聚合膜的制備及表征一、實(shí)驗(yàn)?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(xué)聚合實(shí)驗(yàn)，掌握電化學(xué)聚合的實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及相應(yīng)的電化學(xué)測(cè)試方法；二、實(shí)驗(yàn)原理20世紀(jì)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(dǎo)電高分子學(xué)科，并得到了迅猛的發(fā)展，而導(dǎo)電聚合物聚苯胺自20世紀(jì)80年代中期被MacDiarmid等重新開發(fā)以來(lái)，以其原料易得、合成簡(jiǎn)單、較高的電導(dǎo)率和潛在的溶液和熔

2、融加工性能，以及良好的環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，成為目前最受關(guān)注的三大導(dǎo)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(diǎn)，使聚苯胺有廣闊的應(yīng)用前景。導(dǎo)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(dǎo)電共混材料的電磁屏蔽常數(shù)大于50dB。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(kù)侖效率仍接近100%。導(dǎo)電聚苯胺是一種良好的金屬防腐蝕材料，同時(shí)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(lái)利用的性能。聚苯胺的合成方法很多，如化學(xué)

3、氧化聚合法、電化學(xué)聚合法、現(xiàn)場(chǎng)聚合法(in-situ)、縮合聚合法等，其中化學(xué)氧化聚合法較為簡(jiǎn)單，易于大批量生產(chǎn)，因而吸引了許多注意力。本實(shí)驗(yàn)用電化學(xué)聚合法合成聚苯胺，并且對(duì)其電化學(xué)和光學(xué)性能進(jìn)行表征。聚苯胺的形成是通過陽(yáng)極偶合機(jī)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(jìn)行上述反應(yīng)，不斷增長(zhǎng)的結(jié)果。由于在酸性條件下，聚苯胺鏈具有導(dǎo)電性質(zhì)，保證了電子能通過聚苯胺鏈傳導(dǎo)至陽(yáng)極，使增長(zhǎng)繼續(xù)。只有當(dāng)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

4、色(見表1)。苯胺能經(jīng)電化學(xué)聚合形成綠色的叫作翡翠鹽的PAN導(dǎo)電形式。當(dāng)膜形成后，PAN的4種形式都能得到，并可以非?？斓剡M(jìn)行可逆的電化學(xué)相互轉(zhuǎn)化。完全還原形式的無(wú)色鹽可在低于-0.2V時(shí)得到，翡翠綠在0.3～0.4V時(shí)得到，翡翠基藍(lán)在0.7V時(shí)得到，而紫色的完全氧化形式在0.8V時(shí)得到。因此，可通過改變外加電壓實(shí)現(xiàn)翡翠綠和翡翠基藍(lán)之間的轉(zhuǎn)化，也可以通過改變pH值來(lái)實(shí)現(xiàn)。區(qū)分不同光學(xué)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(lái)控制。表1不同種類的PAN三、實(shí)驗(yàn)試劑與儀器儀器：電化學(xué)工作站，導(dǎo)電

5、玻璃，飽和甘汞電極，Pt絲電極試劑：苯胺，硫酸四、實(shí)驗(yàn)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。（試劑瓶中的苯胺為棕紅色，被氧化）2.電極的預(yù)處理導(dǎo)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(dǎo)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

6、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-0.1~1.5V，掃描速率為50mV/s，點(diǎn)開始進(jìn)行掃描，掃描完成后將數(shù)據(jù)和圖像存儲(chǔ)下來(lái)。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0.8~0.9V，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(cè)定制備不同硫酸濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液3份（0.05，0.1，0.5mol/L），以及pH=4的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論1.線性循環(huán)掃描伏安法得到的實(shí)驗(yàn)曲線（圖1）從圖中可以看出0~0.

7、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(shí)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0~0.8V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(shí)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30.05mol/LH2SO4溶液中聚苯胺膜的循環(huán)伏安曲線電位E(V)圖40.1mol/LH2SO4溶液中聚苯胺膜的循環(huán)伏安曲線電位E(V)圖40.5mol/LH2

8、SO4溶液中聚苯胺膜的循環(huán)伏安曲線電位E(V)圖5PH=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(duì)應(yīng)的pH-E響應(yīng)曲線，并進(jìn)行曲線擬合。圖6pH-E響應(yīng)曲線曲線擬合方程為：y=-0.16565x+0.