PANI/REmOn（RE=La，Ce）复合纳米材料的电化学性质及其修饰Pt电极对CH3OH和HCOOH氧化反应的催化作用研究

论文摘要

本文采用化学法,以过硫酸铵为氧化剂,对甲基苯磺酸为掺杂剂合成了聚苯胺（PANI）及稀土氧化物（REmOn, RE=La,Ce）复合纳米材料,用扫描电镜表征了材料形貌,用标准四探针法测定了材料的电导率。结果表明,用化学法合成的聚苯胺/稀土氧化物（PANI/REmOn=La, Ce）复合材料的粒径约100nm,电导率大于10-1S·cm-1。将PANI/REmOn（RE=La,Ce）复合纳米材料溶于间甲酚中,超声分散20min,在预先处理好的ITO导电玻璃表面制得PANI/REmOn（RE=La, Ce）复合纳米材料薄膜电极（PANI/REmOn/ITO）。用循环伏安（CV）法研究了此薄膜电极在不同浓度的盐酸、硫酸及磷酸中的电化学活性。CV实验结果表明,随着酸浓度的增大,PANI的氧化还原峰电流增大,而0.5V附近PANI在盐酸和硫酸水溶液中的降解电流逐渐减小。说明酸浓度较高时稀土氧化物（REmOn, RE=La,Ce）的掺杂可有效的抑制PANI在盐酸和硫酸水溶液中的电化学降解。比较而言,在相同浓度的盐酸、硫酸或磷酸水溶液中,PANI/CeO2/ITO的电化学稳定性比PANI/La2O3/ITO的电化学稳定性好。采用原位聚合法在Pt电极表面制得PANI/REmOn （RE=La, Ce）透明薄膜电极（PANI/REmOn/Pt）。以此为工作电极,Pt片为对电极,饱和甘汞电极为参比电极,采用CV法测定了PANI/REmOn/Pt对甲醇及甲酸氧化反应的电化学催化性能。结果表明,PANI/REmOn/Pt对甲醇和甲酸氧化反应有较好的电化学催化作用。在甲醇与硫酸混合水溶液中,氧化峰电流的对数log（|ipa|/mA·cm-2）与峰电位Epa之间呈线性关系,线性相关系数大于0.998。根据CV测试结果可计算出电极反应速率公式中标准速度常数ks以及交换系数a与控制步骤反应的电子数na的乘积ana。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚苯胺的研究进展
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 聚苯胺的特性
• 1.1.2.1 导电性
• 1.1.2.2 聚苯胺的光电性质及非线性光学性质
• 1.1.2.3 电致变色
• 1.1.2.4 聚苯胺的染料增感作用及吸光特性
• 1.1.2.5 催化性能
• 1.1.3 应用前景
• 1.1.3.1 二次电池
• 1.1.3.2 聚苯胺电极在电化学催化反应中的应用
• 1.1.3.3 聚苯胺在金属防腐中的应用
• 1.1.3.4 电致发光器件
• 1.1.3.5 电磁屏蔽材料
• 1.1.3.6 选择性透过膜
• 1.1.3.7 微波吸收
• 1.1.4 聚苯胺研究面临的问题
• 1.1.4.1 "合成金属"是对掺杂型导电聚苯胺的挑战
• 1.1.4.2 稳定性问题
• 1.1.4.3 实用化面临的挑战与机遇
• 1.1.5 聚苯胺的合成
• 1.1.5.1 化学氧化聚合
• 1.1.5.2 电化学聚合
• 1.1.6 聚苯胺的结构及导电机理
• 1.2 聚苯胺复合材料概述
• 1.2.1 聚苯胺复合材料的制备方法
• 1.2.1.1 共聚法
• 1.2.1.2 共混法
• 1.2.1.3 原位聚合法
• 1.2.2 聚苯胺导电复合材料的应用
• 1.2.2.1 抗静电
• 1.2.2.2 电磁屏蔽
• 1.3 稀土纳米材料
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 稀土纳米氧化物的应用
• 1.3.2.1 光学特性的应用
• 1.3.2.2 催化性能的应用
• 1.3.2.3 作为原料的应用
• 1.4 甲醇及甲酸的电化学催化氧化
• 1.4.1 甲醇的电化学催化氧化
• 1.4.2 甲酸的电化学催化氧化
• 1.5 本课题的选题目的和意义
• mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的合成与表征'>第2章 PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验仪器与试剂
• 2.3 实验部分
• mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的合成'>2.3.1 PANI及PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的合成
• 2.3.1.1 PANI的合成
• mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的合成'>2.3.1.2 PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的合成
• mO_n（RE=La,Ce）复合材料电导率的测定'>2.3.2 PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）复合材料电导率的测定
• mO_n（RE=La,Ce）复合材料的SEM实验'>2.3.3 PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）复合材料的SEM实验
• 2.4 结果与讨论
• mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料电导率'>2.4.1 PANI及PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料电导率
• mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的SEM分析'>2.4.2 PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的SEM分析
• 2O₃复合纳米材料的SEM分析'>2.4.2.1 PANI/La₂O₃复合纳米材料的SEM分析
• 2复合纳米材料的SEM分析'>2.4.2.2 PANI/CeO₂复合纳米材料的SEM分析
• mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的能谱分析'>2.4.3 PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的能谱分析
• 2O₃复合纳米材料的能谱分析'>2.4.3.1 PANI/La₂O₃复合纳米材料的能谱分析
• 2复合纳米材料的能谱分析'>2.4.3.2 PANI/CeO₂复合纳米材料的能谱分析
• 2.5 本章小结
• mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的电化学性能研究'>第3章 PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的电化学性能研究
• 3.1 循环伏安法
• 3.1.1 基本原理
• 3.1.2 循环伏安法的应用
• 3.1.2.1 电极可逆性的判断
• 3.1.2.2 电极反应机理的判断
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 实验过程
• 3.2.2.1 ITO导电玻璃的预处理
• mO_n（RE=La,Ce）/ITO薄膜电极的制备'>3.2.2.2 PANI/ITO和PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）/ITO薄膜电极的制备
• 3.2.2.3 循环伏安曲线测定
• 3.3 实验结果与讨论
• 2O₃/ITO的电化学性能分析'>3.3.1 PANI及PANI/La₂O₃/ITO的电化学性能分析
• 2O₃/ITO在几种无机酸水溶液中CV曲线分析'>3.3.1.1 PANI及PANI/La₂O₃/ITO在几种无机酸水溶液中CV曲线分析
• 2O₃/ITO在几种无机酸水溶液中峰电流与扫速平方根关系'>3.3.1.2 PANI/La₂O₃/ITO在几种无机酸水溶液中峰电流与扫速平方根关系
• 2O₃/ITO在几无机种酸水溶液中的电化学稳定性'>3.3.1.3 PANI/La₂O₃/ITO在几无机种酸水溶液中的电化学稳定性
• 2O₃/ITO在甲酸及甲酸与1.0mol·L^-1盐酸混合水溶液中的CV曲线分析'>3.3.1.4 PANI/ITO及PANI/La₂O₃/ITO在甲酸及甲酸与1.0mol·L^-1盐酸混合水溶液中的CV曲线分析
• 2/ITO的电化学性能研究'>3.3.2 PANI/CeO₂/ITO的电化学性能研究
• 2/ITO在几种无机酸水溶液中CV曲线分析'>3.3.2.1 PANI/CeO₂/ITO在几种无机酸水溶液中CV曲线分析
• 2/ITO在几种无机酸水溶液中峰电流与扫速平方根关系'>3.3.2.2 PANI/CeO₂/ITO在几种无机酸水溶液中峰电流与扫速平方根关系
• 2/ITO在几种无机酸水溶液中的电化学稳定性'>3.3.2.3 PANI/CeO₂/ITO在几种无机酸水溶液中的电化学稳定性
• 2/ITO在甲酸水溶液及甲酸与盐酸混合水溶液中CV曲线分析'>3.3.2.4 PANI/CeO₂/ITO在甲酸水溶液及甲酸与盐酸混合水溶液中CV曲线分析
• 3.4 本章小结
• mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的电化学催化性能研究'>第4章 PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）复合纳米材料的电化学催化性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器和试剂
• 4.2.2 实验过程
• 4.2.2.1 Pt电极的预处理
• mO_n（RE=La,Ce）薄膜电极'>4.2.2.2 原位聚合法制备PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）薄膜电极
• mO_n（RE=La,Ce）/Pt薄膜电极在甲酸及甲醇与硫酸混合水溶液中的CV测定'>4.2.2.3 PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）/Pt薄膜电极在甲酸及甲醇与硫酸混合水溶液中的CV测定
• 4.3 实验结果与讨论
• mO_n（RE=La,Ce）/Pt电极与Pt电极对甲醇和甲酸水溶液的电化学催化作用比较'>4.3.1 PANI/RE_mO_n（RE=La,Ce）/Pt电极与Pt电极对甲醇和甲酸水溶液的电化学催化作用比较
• 2O₃/Pt对甲醇的电化学催化氧化作用'>4.3.2 PANI/La₂O₃/Pt对甲醇的电化学催化氧化作用
• 2O₃/Pt不同浓度甲醇与硫酸混合水溶液的中CV曲线'>4.3.2.1 PANI/La₂O₃/Pt不同浓度甲醇与硫酸混合水溶液的中CV曲线
• 2O₃/Pt在不同浓度甲醇与硫酸混合水溶液中峰电流与甲醇浓度关系'>4.3.2.2 PANI/La₂O₃/Pt在不同浓度甲醇与硫酸混合水溶液中峰电流与甲醇浓度关系
• 2O₃/Pt对甲醇电化学催化氧化反应的动力学'>4.3.2.3 PANI/La₂O₃/Pt对甲醇电化学催化氧化反应的动力学
• 2O₃/Pt对甲酸的电催化氧化作用初探'>4.3.3 PANI/La₂O₃/Pt对甲酸的电催化氧化作用初探
• 2O₃/Pt在不同浓度甲酸中CV曲线'>4.3.3.1 PANI/La₂O₃/Pt在不同浓度甲酸中CV曲线
• 2O₃/Pt在不同浓度甲酸中峰电流与浓度关系'>4.3.3.2 PANI/La₂O₃/Pt在不同浓度甲酸中峰电流与浓度关系
• 2/Pt对甲醇的电化学催化氧化作用'>4.3.4 PANI/CeO₂/Pt对甲醇的电化学催化氧化作用
• 2/Pt在不同浓度甲醇与硫酸混合水溶液中CV曲线'>4.3.4.1 PANI/CeO₂/Pt在不同浓度甲醇与硫酸混合水溶液中CV曲线
• 2/Pt在不同浓度甲醇与硫酸混合水溶液中氧化峰电流与甲醇浓度关系'>4.3.4.2 PANI/CeO₂/Pt在不同浓度甲醇与硫酸混合水溶液中氧化峰电流与甲醇浓度关系
• 2/Pt对甲醇电化学催化氧化反应的动力学'>4.3.4.3 PANI/CeO₂/Pt对甲醇电化学催化氧化反应的动力学
• 2/Pt对甲酸的电化学催化氧化初探'>4.3.5 PANI/CeO₂/Pt对甲酸的电化学催化氧化初探
• 2/Pt在不同浓度甲酸水溶液中CV曲线'>4.3.5.1 PANI/CeO₂/Pt在不同浓度甲酸水溶液中CV曲线
• 2/Pt在甲酸水溶液中峰电流与浓度关系'>4.3.5.2 PANI/CeO₂/Pt在甲酸水溶液中峰电流与浓度关系
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢