聚吡咯过氧化和热降解的红外光谱研究

论文摘要

导电聚吡咯作为一种智能化的功能性材料,研究其过氧化行为和热降解过程对提高聚吡咯的环境稳定性、扩展其实际应用范围和提高预期使用寿命显得尤为重要,而红外光谱法是研究聚合物的较简单、快捷的手段。本论文主要采用原位红外光谱法和显微红外光谱法研究聚吡咯的过氧化行为和热降解过程,从而为在电化学合成过程和实际应用中提高聚吡咯的抗过氧化性能、避免聚吡咯的热降解提供重要的参考依据。首先采用扫描电子显微镜、红外光谱法等表征手段结合循环伏安技术研究过氧化对聚吡咯微观结构及其电化学性能的影响。不可逆的过氧化反应导致聚吡咯原来平整的表面变得粗糙、疏松,生出许多沟壑,共轭长链中含氧量升高,结构中出现了羰基（C=O）物种。在较高电位下,聚吡咯对抗坏血酸的电催化氧化活性和在硫酸溶液中的电控离子交换性能因发生过氧化而快速、永久的消失。采用原位红外光谱技术结合循环伏安法研究了聚吡咯在H2SO4/H2O、LiClO4/H2O和LiClO4/CH3CN三种电解质溶液体系中的过氧化行为,发现聚吡咯发生过氧化的电极电位以及过氧化的程度与电解质溶液密切相关,相比于H2SO4/H2O和LiClO4/H2O溶液,聚吡咯在LiClO4/CH3CN溶液中发生过氧化的峰电位正移了约0.4 V。聚吡咯在这三种电解质溶液中发生过氧化时,其β-C位置都被氧化成C-OH或C=O基团;不同的是,聚吡咯在H2SO4/H2O和LiClO4/H2O溶液中发生过氧化时其共轭结构遭到破坏、电导率迅速下降,链端发生彻底的氧化降解生成最终产物CO2,而聚吡咯在LiClO4/CH3CN溶液中发生过氧化时其链端并没有发生彻底的氧化降解生成CO2。以LiClO4/CH3CN溶液为支持电解质/溶剂体系有利于提高聚吡咯的抗过氧化性能。采用显微红外反射模式对电化学沉积的聚吡咯膜进行表征,结果表明当聚吡咯膜较厚时,其红外谱峰会出现部分红移现象。采用显微红外成像法对制成的KBr半透明聚吡咯薄片的官能团动态变化信息进行监测。经过200℃累计8.0小时的热处理后,聚吡咯发生了一定程度的热降解,可能发生了无规断链或分子交联反应,并伴随着对阴离子的脱出,但是这一过程并没有导致聚吡咯链上生成新的官能团;随着热处理时间延长,聚吡咯热降解的程度逐渐加深。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 导电聚合物概述
• 1.2 聚吡咯
• 1.2.1 聚吡咯的结构
• 1.2.2 聚吡咯的主要性能及表征手段
• 1.2.3 聚吡咯的制备方法
• 1.2.4 聚吡咯的聚合机理
• 1.2.5 聚吡咯的应用
• 1.3 聚吡咯的稳定性
• 1.3.1 聚吡咯的过氧化
• 1.3.2 聚吡咯的热降解
• 1.4 红外光谱法
• 1.4.1 红外光谱技术的发展
• 1.4.2 红外光谱法基本原理、特点和应用
• 1.4.3 显微红外光谱法
• 1.4.4 电化学原位红外光谱法
• 1.5 本论文的研究内容及意义
• 参考文献
• 第二章 实验材料与测试方法
• 2.1 试剂与材料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 电极的制备
• 2.4 聚吡咯的电化学合成
• 2.5 循环伏安测试
• 2.6 原位红外光谱测试
• 2.7 显微红外光谱及成像测试
• 参考文献
• 第三章 过氧化对聚吡咯微观结构及电化学性能的影响
• 3.1 聚吡咯过氧化前后表面形貌及化学组分的变化
• 3.2 过氧化对聚吡咯电催化性能的影响
• 3.3 过氧化对聚吡咯膜离子交换性能的影响
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 电解质溶液对聚吡咯过氧化行为的影响
• 4.1 循环伏安法研究聚吡咯的过氧化行为
• 4.2 原位红外光谱法研究聚吡咯的过氧化行为
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第五章 显微红外光谱法研究聚吡咯的热稳定性
• 5.1 聚吡咯膜的显微红外光谱表征探究
• 5.1.1 显微红外反射模式表征聚吡咯膜的可行性研究
• 5.1.2 显微红外成像表征聚吡咯膜的可行性研究
• 5.2 显微红外成像研究聚吡咯的热稳定性
• 5.3 小结
• 参考文献
• 第六章 总结及前瞻
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢