论文题目: 聚苯胺及其衍生物的电化学制备和应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 分析化学
作者: 周海晖
导师: 魏万之,旷亚非
关键词: 脉冲电流方法,纳米纤维聚苯胺,聚间苯二胺,聚苯胺石墨复合膜,电化学生物传感器,电化学催化,超电容
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 有机导电聚合物具有优良的物理化学性能,在电化学催化、化学生物传感器、电化学电容器等诸多领域有着广泛的应用前景。在众多的有机导电聚合物中,聚苯胺(PANI)由于原料廉价易得、合成简单、电导率较高、环境稳定性好等特点已成为当今研究的热点。近年来,随着纳米技术和复合材料的飞速发展,一些具有纳米尺寸的导电聚苯胺和导电聚苯胺复合膜已被成功地合成出来,这种具有特殊结构的导电聚苯胺可望在保持聚苯胺原有性能的基础上进一步拓展其功能特性。本论文首次采用脉冲电流技术(PGM)在无模板、非限域的条件下合成了具有纳米纤维结构的导电聚苯胺,并就其在电化学生物传感、电化学催化、电化学电容等领域的应用展开了研究,论文主要研究结果如下: 1.以不锈钢(SS)为基底材料,首次采用脉冲电流方法在无模板、非限域的条件下成功地在小质子酸(硫酸或硝酸)水溶液中合成出了具有纳米纤维结构的导电聚苯胺膜。详细探讨了电解工艺参数(脉冲占空比、频率、平均电流密度以及溶液温度)等对纳米纤维聚苯胺膜合成的影响,获得了制取纳米纤维聚苯胺的最佳工艺条件。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜和循环伏安法(CVM)对膜层的微观结构、电化学性能进行了详细的研究。结果表明,PANI膜由直径为70～100nm的聚苯胺纤维交织而成,纳米纤维之间存在大量缝隙和孔洞。这种纳米纤维结构的导电聚苯胺膜与采用常规化学或电化学方法制备的颗粒状聚苯胺膜相比较,有着更大的比表面、更好的离子电子导电性能和更高的电化学反应活性,是一种性能更加优异的功能膜或功能性载体膜。 2.以制备的纳米纤维状聚苯胺为载体负载Pt催化剂,制得新型的Pt/(nano-fibrous PANI)复合电极,研究其对甲醇氧化的电催化性能。SEM、能量散射谱结果显示复合电极的结构为直径50～80nm左右的Pt颗粒均匀地分散在纳米聚苯胺纤维上。循环伏安、交流阻抗结果表明,Pt/(nano-fibrous PANI)复合电极对甲醇的阳极氧化有着优异的催化活性和协同催化作用。当Pt载量大于200μg/cm~2时,这种电极对甲醇氧化的电催化活性远优于Pt微粒修饰的颗粒聚苯胺电极和裸铂电极。研究结果还表明,不同的Pt沉积修饰方法(PGM、CVM)对电极催化活性有较大影响。 3.采用PGM或CVM分别在Pt或SS表面合成出聚间苯二胺膜(PMPD)、聚苯胺-石墨复合膜(PGCF)和Pt/(nano-fibrous PANI)。以上述三种膜为基质,采用电化学掺杂的方法,成功地制得了结构新颖、性能优异的聚间苯二胺葡萄糖氧化酶电极(PMPD-GOD)、Pt修饰纳米纤维聚苯胺葡萄糖氧化酶电极
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 导电聚合物概述
1.2 聚苯胺
1.2.1 聚苯胺的结构和主要特性
1.2.2 聚苯胺的合成
1.2.3 聚苯胺衍生物的合成
1.2.4 聚苯胺复合材料
1.2.5 聚苯胺的应用
1.3 本研究工作的构思
第2章 脉冲电流法电解合成聚苯胺
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 仪器及试剂
2.2.2 实验装置
2.2.3 聚苯胺膜的制备及循环伏安曲线的测定
2.2.4 聚苯胺膜微观形貌的检测
2.3 结果与讨论
2.3.1 聚苯胺膜在H_2SO_4底液的循环伏安曲线
2.3.2 聚苯胺膜的SEM分析
2.3.3 关于脉冲电流方法制备纳米纤维状聚苯胺的机理探讨
2.4 小结
第3章 电化学参数对纳米纤维聚苯胺制备的影响
3.1 引言
3.2 聚苯胺膜层制备及性能检测
3.3 制备条件对膜层电化学性能和微观形貌的影响
3.3.1 脉冲通断比的影响
3.3.2 脉冲频率的影响
3.3.3 温度的影响
3.3.4 脉冲平均电流密度的影响
3.4 小结
第4章 Pt微粒修饰纳米纤维聚苯胺电极对甲醇氧化电催化研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 仪器和试剂
4.2.2 聚苯胺电极的制备
4.2.3 Pt微粒修饰聚苯胺电极(Pt／PANI)的制备
4.2.4 Pt／PANI电极的SEM研究
4.2.5 Pt／PANI电极对甲醇氧化电催化性能测试及交流阻抗研究
4.3 结果与讨论
4.3.1 Pt载量(m_d)的计算方法
4.3.2 不同聚苯胺电极的形貌分析
4.3.3 不同基底材料上电沉积Pt微粒对甲醇氧化的电催化
4.3.4 不同形貌聚苯胺载体Pt复合电极对甲醇氧化电催化的比较
4.3.5 Pt修饰方法对电催化活性的影响
4.3.6 不同电极的电化学交流阻抗研究
4.4 小结
第5章 Pt微粒修饰纳米纤维聚苯胺在葡萄糖生物传感方面的应用
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 仪器及试剂
5.2.2 聚苯胺电极的制备
5.2.3 Pt／(nano-fibrous PANI)／SS的制备
5.2.4 酶电极的制备
5.2.5 SEM测试及响应电流的测定
5.3 结果与讨论
5.3.1 Pt／(nano-fibrous PANI)电极在H_2O_2中的循环伏安研究
5.3.2 Pt／(nano-fibrous PANI)电极对H_2O_2催化氧化响应电流测定
5.3.3 Pt载量与Pt／(nano-fibrous PANI)电极催化氧化H_2O_2响应电流的关系
5.3.4 聚苯胺膜层厚度与Pt／(nano-fibrous PANI)电极催化氧化H_2O_2响应电流的关系
5.3.5 脉冲沉积Pt微粒的脉冲通断比(t_(on)/t_(off))对Pt／(nano-fibrous PANI)电极催化氧化H_2O_2的影响
5.3.6 不同检测条件对Pt／(nano-fibrous PANI)电极催化氧化H_2O_2响应电流的影响
5.3.7 酶电极的SEM研究
5.3.8 检测电位对PMPD-GOD／Pt／(nano-fibrous PANI)电极响应电流的影响
5.3.9 底液pH对PMPD-GOD／Pt／(nano-fibrous PANI)电极响应电流的影响
5.3.10 底液温度对PMPD-GOD／Pt／(nano-fibrous PANI)电极响应电流的影响
5.3.11 酶电极对β-D葡萄糖的电流响应
5.3.12 PMPD-GOD／Pt／(nano-fibrous PANI)电极的抗干扰性
5.3.13 PMPD-GOD／Pt／(nano-fibrous PANI)电极的实际应用
5.3.14 PMPD-GOD／Pt／(nano-fibrous PANI)电极稳定性和重现性
5.4 小结
第6章 聚苯胺-石墨复合膜葡萄糖氧化酶电极的制备及其应用研究
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 仪器及试剂
6.2.2 聚苯胺-石墨微粉复合膜的制备
6.2.3 聚苯胺-石墨葡萄糖氧化酶电极的制备
6.2.4 响应电流的测量
6.2.5 聚苯胺-石墨电极微观形貌的检测
6.3 结果与讨论
6.3.1 聚苯胺-石墨复合膜的SEM分析
6.3.2 聚苯胺-石墨葡萄糖氧化酶电极的电流响应
6.3.3 底物浓度对响应电流的影响
6.3.4 聚苯胺-石墨葡萄糖氧化酶催化反应的动力学特征
6.3.5 检测电位对响应电流的影响
6.3.6 检测底液pH值对响应电流的影响
6.3.7 检测温度对响应电流的影响
6.3.8 酶电极的稳定性和重现性研究
6.4 小结
第7章 聚间苯二胺葡萄糖氧化酶电极的制备及其生物电化学特性
7.1 引言
7.2 实验部分
7.2.1 仪器及试剂
7.2.2 PMPD-GOD电极的制备
7.2.3 响应电流的测量
7.2.4 PMPD-GOD电极微观形貌的检测
7.3 结果与讨论
7.3.1 电极制备条件对PMPD-GOD响应电流的影响
7.3.2 PMPD-GOD电极表面形貌对其响应电流的影响
7.3.3 检测条件对PMPD-GOD电极响应性能的影响
7.3.4 PMPD-GOD电极的电化学响应特性
7.3.5 PMPD-GOD电极的动力学特征
7.4 小结
第8章 纳米纤维聚苯胺在电化学电容器中的应用
8.1 前言
8.2 实验部分
8.2.1 试剂及仪器
8.2.2 聚苯胺的电化学合成
8.2.3 PANI膜的电化学性能测定
8.3 结果与讨论
8.3.1 导电聚苯胺超级电容器的工作原理
8.3.2 不锈钢电极在待测液中的阳极极化曲线测定
8.3.3 PANI／SS电极的循环伏安行为研究
8.3.4 PANI／SS电极充／放电研究
8.3.5 交流阻抗研究
8.4 小结
结论
参考文献
致谢
附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)
发布时间: 2005-09-27
参考文献
- [1].皱纹化聚苯胺膜的制备、调控及其性能研究[D]. 谢继勋.天津大学2017
- [2].高度规整的层状聚苯胺薄膜的制备及性能研究[D]. 范苏娜.吉林大学2017
- [3].聚苯胺、聚吡咯及其复合物的红外辐射及微波性能研究[D]. 周亦康.北京交通大学2017
相关论文
- [1].2，3维纳/微米结构聚苯胺的设计与合成[D]. 钟文斌.北京化工大学2005
- [2].导电高分子纳米材料的电化学合成[D]. 张家鑫.清华大学2005
- [3].新型聚苯胺微/纳米结构的合成及性能研究[D]. 陈靖禹.吉林大学2007
标签：脉冲电流方法论文; 纳米纤维聚苯胺论文; 聚间苯二胺论文; 聚苯胺石墨复合膜论文; 电化学生物传感器论文; 电化学催化论文; 超电容论文;