聚苯胺导电聚合膜的制备及表征3..doc

聚苯胺导电聚合膜的制备及表征 一、实验目的 1、了解聚合物的合成方法、性能和主要反应； 2、通过电化学聚合实验，掌握电化学聚合的实验技术以及相应的电化学测试方法。 二、实验原理 聚苯胺的合成方法很多，如化学氧化聚合法、电化学聚合法、现场聚合法、缩合聚合法等，其中化学氧化聚合法较为简单，易于大批量生产，因而吸引了许多注意力。本实验用电化学聚合法合成聚苯胺，并且对其电化学和光学性能进行表征。 聚苯胺的形成是通过阳极偶合机理完成的,具体过程可由下式表示。 图 2-1 聚苯胺的形成 聚苯胺链的形成是活性链端（-NH2）反复进行上述反应，不断增长的结果。由于在酸性条件下，聚苯胺链具有导电性质，保证了电子能通过聚苯胺链传导至阳极，使增长继续。只有当头头偶合反应发生，形成偶氮结构，才使得聚合停止。 PAN有4种不同的存在形式，它们分别具有不同的颜色（见表2-1）。苯胺能经电化学聚合形成绿色的叫作翡翠绿的PAN导电形式。当膜形成后，PAN的4种形式都能得到，并可以非常快地进行可逆的电化学相互转化。完全还原形式的无色盐可在低于-0.2V时得到，翡翠绿在0.3～0.4V时得到，翡翠基蓝在0.7V时得到，而紫色的完全氧化形式在0.8V时得到。因此，可通过改变外加电压实现翡翠绿和翡翠基蓝之间的转化，也可以通过改变pH值来实现。区分不同光学性质是由苯环和喹二亚胺单元的比例决定的，它能通过还原或质子化程度来控制。 表2-1 PAN 4种不同存在形式表 三、仪器和试剂 仪器：电化学工作站，导电玻璃，饱和甘汞电极，铂电极； 试剂：苯胺，不同PH值的标准溶液，浓硫酸。 四、实验步骤及现象 1、苯胺、硫酸水溶液的配置 分别取0.2mol（1.86g）的苯胺和17ml浓硫酸加入烧杯中，加二次蒸馏水稀释到200ml。 现象：加入苯胺和浓硫酸后，有部分白色固体产生，但在玻璃棒搅拌下逐渐溶解，最后溶液呈淡棕色液体。 2、导电玻璃的预处理 将导电玻璃分别在乙醇、二次水中超声清洗，每次5min。 3、电解槽的装配 以导电玻璃（经过超声波清洗仪清洗过的玻璃片）为研究电极，饱和甘汞电极为参比电极，pt丝电极为辅助电极，组成三电极体系。将各导线与各电极接好（绿色接工作电极，黄色接参比电极，红色接辅助电极），插入装有已配置好的苯胺溶液的小烧杯中（注意溶液不能淹没导电夹，工作电极和辅助电极不能接触）。 4、CHI660B仪器的预调节 打开CHI660B的电脑操作界面，选择循环伏安法，扫描范围调节在-0.1～1.5V，扫描速率调在50mV/s；点击开始键，并进行扫描，扫描完成后将数据及图像储存。 5、聚苯胺膜的制备 选择恒电位（i-t）法，设定点位0.8～0.9V，扫描300s，做出聚苯胺导电膜在浓硫酸介质中的循环伏安曲线图。 现象：导电玻璃上逐渐有翡翠绿色物质附着，Pt丝上有小气泡产生。最终，导电玻璃上附着一层厚度均匀的翡翠绿色聚苯胺膜。 6、PH值的测定 制备一份浓度为0.5mol/L的硫酸溶液，及pH值不同的标准溶液三份（pH=4.00,6.864,9.128）；以饱和甘汞电极为参比电极，测定聚苯胺膜电极在各种溶液中的循环伏安曲线图（扫描范围调节在-0.4～1V，扫描速率调在50mV/s），绘制pH-E响应曲线。再测定浓度为0.5mol/L的硫酸溶液的电位值，从标准溶液的pH-E曲线中找出该溶液的pH值。 实验数据及处理 1、循环伏安法 图5-1 1.0mol/l 浓硫酸溶液中聚苯胺的循环伏安曲线（实验测得曲线） 图5-2 0.1mol浓硫酸溶液中聚苯胺的i-t曲线 在前25s内电流先增大达到一个最大值之后减小，最后一直不变维持在-0.01025A 2、不同PH不同pH溶液中聚苯胺膜的循环伏安曲线 图5-3 聚苯胺在0.05mol/L硫酸（PH=0.05）溶液中循环伏安曲线 从图5-3可以看出，聚苯胺在酸性条件下的循环伏安曲线有四个峰，其中两个是还原峰，两个是氧化峰。并且在氧化还原的过程中，有一个氧化峰对应着一个还原峰，其电势在氧化或者还原的过程中，都有着一定的对称性。 图5-4 聚苯胺在0.5mol/L硫酸（PH=0.1）溶液中循环伏安曲线 从图5-4可以看出聚苯胺在0.5mol/L硫酸（PH=0.05）溶液中有4个峰，其中每个峰都是一个氧化还原反应过程的电压值，上面的曲线代表的是还原反应，聚苯胺膜的颜色先由深变浅；下面的曲线代表的是氧化反应，再由浅变深。其中峰的高度代表的是电流的大小，峰越高，代表电流越大氧化或者还原的速率越大。 图5-5 聚苯胺在0.5mol/L硫酸（PH=0.5）溶液中循环伏安曲线 从图5-5可以看出，聚苯胺在酸性条件下的循环伏安曲线有六个峰，其中三个是还原峰，三个是氧化