聚苯胺导电聚合膜的制备及表征.docx

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(in-situ)、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 NH2 NHNH-e-H+NHNHNHNH22C6H5N 聚 合 物聚苯胺链的形成是活性链端(-NH 2)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 1)苯胺能经电化学聚合形成绿色的叫作翡翠盐的 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 1 PAN 存在形式名称 结构 颜色 性质无色翡翠盐 NHNHNHNH无色完全还原绝缘翡翠绿 NHNHNHNH+H绿色部分氧化质子导体翡翠基蓝 NHNHNN蓝色部分氧化绝缘完全氧化聚苯胺NNNN紫色完全氧化绝缘三、仪器和试剂仪器：电化学工作站，导电玻璃，饱和甘汞电极，Pt 电极试剂：苯胺，硫酸，pH 值标准溶液四、实验步骤及现象1.苯胺、硫酸水溶液的配置分别取 0.02mol 的苯胺和 0.2mol 的硫酸于烧杯中，加二次蒸馏水稀释到200ml2.电极的预处理导电玻璃分别在乙醇、二次水中超声清洗3.电解槽的装配将上述所配溶液置于电解槽，以处理过的导电玻璃为研究电极，饱和甘汞电极为参比电极，Pt 电极为辅助电极组成三电极体系4.电化学工作站预处理采用循环伏安法扫描苯胺的变化范围，以阴极电流为正，电位区间-0.1V~1.5V，扫描速率为 50mv/s为下步恒电位法寻找最佳电位值5.聚苯胺膜的制备采用恒电位法，以阴极电流为正，电位调节在循环伏安法起峰的位置，运行 200s，膜上出现绿色。

6.溶液 pH 值的测定制备不同 pH 值标准溶液 3 份（pH=4.00,6.864,9.128）以饱和甘汞电极为参比电极，采用循环伏安法测定聚苯胺膜电极在各种溶液中的电位响应值，绘制pH-E 响应曲线测定硫酸溶液的电位值，从标准溶液的 pH-E 曲线中找出该溶液的 pH 值五、实验结果及数据处理扫描条件：线性扫描循环伏安法电流参考方向：阴极电流为正静置电位(V) = -0.4静置时间(S) = 3起始电位(V) = -0.4第 1 折返电位(V) = 1.第 2 折返电位(V) = -0.4扫描速率(V/S) = 0.05扫描段数(N) = 2采样间隔(V) = 0.001电流量程(A) = 1.0E-01扫描时间(S) = 55.98曲线样点数 = 2799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 pH=0（0.5mol/L）的硫酸溶液中循环伏安曲线图 2 聚苯胺在 pH=4.00 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=9.128 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 不同 pH 之下聚苯胺膜的突变电位值pH 值 突变点电位（V）0 0.3364.00 0.3986.864 0.2049.128 0.523绘制 pH-E 响应曲线，图 5 聚苯胺膜突变电位-pH 值关系图， .𝑦=0.00998+0.31538𝑥𝑅2=‒0.36847由图可知聚苯胺氧化电位的突变点随着 pH 的增大而增大。

图形的线性拟合度不高， ，这可能是由于在实验过程中，由于随着实验的进𝑅2=‒0.36847行，聚苯胺膜的破裂、脱落有关做出聚苯胺在 0.05mol/L 的硫酸溶液的循环伏安曲线，然后根据 pH-E 响应曲线找出其 pH 值图 6 聚苯胺在 0.05mol/L 的硫酸溶液中循环伏安曲线由图可知，其电位值为 0.396V，代入 pH-E 响应曲线公式，得 pH 值为1.105.六、讨论与思考1.讨论这是实验不是很理想，膜与玻璃电极之间结合的不够牢固，因为后面的实验来看有脱落的现象，导致后面的数据和前面相差太远，没有明显的吸收峰，可能是玻璃片没有洗的很干净，不过镀膜很均匀；而且在实验的过程中，由于三个电极之间的距离不固定，对实验结果造成一定的影响，有可能导致电极相碰，短路，实验失败可以使用固定装置将三个电极固定好，这样就可以减少实验的误差，也解决了曲线波动的问题实验中应该小心操作，因为使用了强酸，比较有危险性，而应用化学综合实验到现在已经快结束了，也学到了很多在以后做毕业设计中有用的东西2.思考（1）为什么导电玻璃要在聚合前认真仔细的处理？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？化学修饰电极是在电极表面进行分子设计，将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物以化学薄膜的形式固定在电极表面，使电极具有某种特定的化学和电化学性质3）聚苯胺光学吸收的原理是什么？光能激发聚苯胺中的苯环和亚胺单元之间的转化，从而改变其光学性质。