聚苯胺基復(fù)合膜電容及電催化性能研究.pdf

1、將無(wú)機(jī)材料與有機(jī)材料復(fù)合，通過(guò)無(wú)機(jī)-有機(jī)組分之間的相互作用，可以彌補(bǔ)各自性能的不足，且可相互改性，因此無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合日益引起人們的關(guān)注。聚苯胺(PANI)具有原料易得、合成簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，是研究最多的導(dǎo)電高分子之一。但其存在加工性能差、溶解度低、物理力學(xué)性能差、在弱酸性和堿性條件下會(huì)失去導(dǎo)電性等缺點(diǎn)，從而限制了PANI的應(yīng)用與發(fā)展。將PANI改性，或與其他無(wú)機(jī)組分復(fù)合，借助無(wú)機(jī)-有機(jī)組分的的協(xié)同效應(yīng)，不但可以彌補(bǔ)PANI

2、的不足，還可以強(qiáng)化無(wú)機(jī)組分的性能。因此研究無(wú)機(jī)組分與PANI的復(fù)合，開(kāi)發(fā)新型導(dǎo)電復(fù)合材料，既有理論意義，也有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文利用電化學(xué)共沉積技術(shù)將PANI與無(wú)機(jī)組分如MoOx、功能化碳布進(jìn)行復(fù)合。利用氧化物在PANI三維網(wǎng)絡(luò)上的有效分散、無(wú)機(jī)-有機(jī)協(xié)同效應(yīng)等，制備了具有較高催化性能和良好電容性能的無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合膜。并嘗試在聚合物分子鏈上引入親水性取代基-SO3H，制備了自摻雜聚苯胺(SPAN)，以提高聚合物在中性溶液中的電

3、化學(xué)性能。本論文主要包括以下內(nèi)容:
　　1.在含有鋁酸銨和苯胺的溶液中，采用循環(huán)伏安法在碳布電極上制備了MoOx/PANI復(fù)合膜修飾電極，運(yùn)用X-射線光電子能譜(XPS)、紅外光譜(FTIR)及循環(huán)伏安法(CV)等手段對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行了表征。研究表明，分散在導(dǎo)電聚苯胺的三維網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有效束縛了MoOx的溶解，提高了其穩(wěn)定性。運(yùn)用循環(huán)伏安和計(jì)時(shí)電流技術(shù)研究了ClO3-在MoOx/PANI修飾電極上的電催化還原。結(jié)果顯示，在MoOx和PANI

4、的協(xié)同催化作用下，MoOx/PANI復(fù)合膜修飾電極對(duì)ClO3-的還原表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能。在5μM～10mM范圍內(nèi)，響應(yīng)電流與ClO3-濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，靈敏度為21.59 mA/mM，檢出限為1.3μM(S/N=3)。
　　2.采用循環(huán)伏安法，在H2SO4溶液中對(duì)碳布電極進(jìn)行功能化。采用XPS、FTIR對(duì)功能化碳布(FC)表面的官能團(tuán)進(jìn)行表征。采用激光共聚焦顯微鏡考察功能化碳布的粗糙度。并考察了硫酸濃度對(duì)碳布功能化及表面

5、粗糙度的影響。在2 M H2SO4溶液中制備的功能化碳布(FC-2M)的功能化程度、粗糙度均高于在0.5 M H2SO4溶液中制備的功能化碳布(FC-05M)。大的比表面積有利于雙電層的形成，且碳布表面引入的官能團(tuán)可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生法拉第準(zhǔn)電容，因此功能化碳布的電容要遠(yuǎn)大于未處理的碳布。
　　3.采用恒電位階躍技術(shù)，在功能化碳布電極上沉積自摻雜聚苯胺(SPAN)，考察了SPAN/FC的電容性能。SPAN鏈上的-SO3H等親

6、水基團(tuán)會(huì)與=N-上的N摻雜，因此，SPAN在中性溶液中仍具有電化學(xué)活性。SPAN/FC電極在0.5 MNa2SO4溶液中，在-0.6～0.6 V范圍內(nèi)的電容為408 F·g-1。
　　4.采用恒電位階躍技術(shù)，在FC上沉積MoOx/SPAN。MoOx/SPAN/FC復(fù)合膜電極在-0.6～0.8 V電位范圍內(nèi)，表現(xiàn)出良好的法拉第準(zhǔn)電容性能。以MoOx/SPAN/FC復(fù)合膜為正負(fù)極組裝的對(duì)稱超級(jí)電容器，在0～1.4V范圍內(nèi)具有較高的電容