聚苯胺导电聚合膜的制备及表征

应用化学综合实验 聚苯胺导电聚合膜的制备及表征 专业班级：学生姓名：学生学号： 同组人： 实验时间：2010-11-20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、背景知识及实验原理20世纪70年代后期，由于聚乙炔的发现而产生了以共轭高分子为基础的导电高分子学科，并得到了迅猛的发展，而导电聚合物自20世纪80年代中期被Mac Diarmid等重新开发以来，以其原料易得、合成简单、较高的导电率和潜在溶液和熔融加工性能，以及良好的环境稳定性的等优点，成为目前最受关注的三大导电高分子品种（聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯）之一。正是以上这些优点，使聚苯胺有广阔的应用前景。导电聚苯胺具有良好的电磁屏蔽和微波吸收性能，如聚苯胺/聚氯乙烯导电共混材料的电磁屏蔽常数大于50dB。在二次电池(塑料电池)中使用聚苯胺具有良好的充放电效果，循环充电2000次，库伦效率仍接近100%。导电聚苯胺是一种良好的金属防腐蚀材料，同时还是较好的防污材料，可在舰船上广泛应用。另外，聚苯胺还有电致变色、电子发光等可被将来利用的性能。聚苯胺的合成方法很多，如化学氧化聚合物、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。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，是增长继续。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。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。完全还原形式的五色盐可在低于-0.2V时得到，翡翠绿在0.30.4V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。三、仪器及试剂仪器：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： 取一200ml烧杯，往其中加入约179ml蒸馏水；再分别取0.2mol（10.4ml）的苯胺和10.6ml浓硫酸加入其中，配置苯胺的酸性水溶液。 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、电解槽的装配：以饱和甘汞电极为参比电极，pt丝电极为辅助电极，导电玻璃（经过超声波清洗仪清洗过的玻璃片）为研究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，白色接参比电极，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，三个电极不能接触）。3、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-0.11.5V，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。4、聚苯胺膜的制备： 选择i-t法，设定点位0.80.9V，扫描400s，做出聚苯胺导电膜在0.1mol的浓硫酸介质中的循环伏安曲线图。5、聚苯胺光学吸收： 取出镀有聚苯胺导电膜的导电玻璃片，晾干后用荧光分光光度计测量它的吸收曲线。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= 4.003 9.182 6.864）；以饱和甘汞电极为参比电极，测定聚苯胺膜电 极在各种不同pH溶液中的循环伏安曲线图，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。 五、实验结果及处理 1、以下为聚苯胺在不同PH下的循环伏安曲线图扫描条件：初始电位-0.3V；最高电位1.0V；扫描速度：0.005V/s扫描段数：2；采样间隔:0.001;灵敏度：1.0e-3实验现象：电解过程中，聚苯胺膜的颜色先由深变浅，再由浅变深，有循环伏安的曲线可以看出聚苯胺先还原放电后氧化充电。 图1 聚苯胺在0.5molL硫酸（PH=0.5）溶液中循环伏安曲线图2 聚苯胺在PH=4.003的标准溶液中循环伏安曲线图3 聚苯胺在PH=6.864的标准溶液中循环伏安曲线图4 聚苯胺在PH=9.182的标准溶液中循环伏安曲线从图1到图4，我们可以读出在各PH下各曲线的突变点的E值：表1 PH与Epa (v)值PH Epa (V)0.5 0.964.003 0.576.864 0.219.182 0.032、根据表1，作聚苯胺PH与E(v)关系图由图可知聚苯胺氧化电位的突变点随着PH的增大而减小六、实验讨论与思考1、为什么导电玻璃要在聚合前认真仔细的处理？ 答：因为如果不把导电玻璃清洗干净，玻片上含有的杂质会影响聚苯胺膜的生成，影响循环伏安曲线的绘制，最终导致误差的产生。 2、什么是修饰电极？ 答：化学修饰电极是在