磁场对苯胺微乳液体系相行为的影响及聚苯胺电化学性能的表征

论文摘要

聚苯胺（PANI）作为最具有商业应用价值的导电高分子之一,由于其合成简便、掺杂机制独特、环境稳定性和电化学性能良好等优点,受到了人们的广泛关注。目前,PANI已广泛应用于基础材料中,如pH传感器、二次电池、膜材料以及防腐涂料等。磁场对自由基类聚合反应有显著的影响,将磁场引入到PANI的合成过程中,可以使其产物的掺杂度、电导率、结晶性及热稳定性等得到明显改善。但由于化学法合成的PANI难溶难熔,从而严重制约了其电化学性能方面的基础研究。碳纸在极宽的电位范围内具有电化学惰性、几何比表面积大、孔径尺寸微小、高导电性及化学稳定性等优点,利用碳纸负载PANI为工作电极,能够有效表征PANI的电化学性能。本文通过SDBS/正丁醇（n-butanol）/苯胺/水微乳液体系的拟三元相图,考察了恒定磁场（0.4T）和助表面活性剂与表面活性剂的质量比（Km=mn-butanol/mSDBS）对苯胺微乳液聚合体系的相行为、电导行为以及微乳化作用的影响。首次以碳纸负载PANI为工作电极,通过循环伏安和Tafel测试,探讨了磁场强度、氧化剂浓度和聚合时间对微乳液聚合法合成PANI电化学性能的影响;并通过对PANI的X射线衍射（XRD）、热分析（TGA）、电导率以及傅立叶红外光谱（FT-IR）表征分析,印证了其电化学性能分析结果的可靠性。研究结果表明,在SDBS/正丁醇（n-butanol）/苯胺/水微乳液体系中,随着醇含量的增加,微乳区面积先增大后减小,当Km值为1时,形成的微乳区最大;外加磁场可以增大微乳区面积;通过对有、无外加磁场条件下溶液电导率随水含量变化规律分析,印证了拟三元相图的表征结果。TEM分析结果表明,磁场条件下合成的PANI颗粒比无磁场条件下合成的PANI颗粒小;电导率、TGA和XRD分析结果表明,磁场条件下合成的PANI具有更高的导电性、规整度和热稳定性;FT-IR谱图分析表明,由于磁场的取向作用使分子间相互作用力降低,分子链离域程度增大,使磁场条件下合成PANI的主要特征峰有向低频方向移动的趋势,但分子的基本结构单元没有发生变化;PANI电化学性能的表征结果表明,利用负载PANI的碳纸作为工作电极,可以对微乳液法合成PANI的电化学性能实施有效的实时表征,而通过电导率、XRD、TGA和FT-IR的对比分析,也印证了该方法的有效性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪言
• 1.1 导电聚合物
• 1.1.1 导电聚合物的分类
• 1.1.2 导电聚合物的导电机理
• 1.1.3 导电聚合物的掺杂及制备方法
• 1.1.4 导电聚合物的应用
• 1.2 导电聚苯胺
• 1.2.1 导电聚苯胺的结构和导电机理
• 1.2.2 导电聚苯胺的制备方法
• 1.2.3 纳米结构聚苯胺的制备方法
• 1.2.4 纳米结构聚苯胺的应用研究
• 1.3 磁化学
• 1.3.1 磁化学在化学反应中的影响机理
• 1.3.2 磁场对聚苯胺结构和性能的影响
• 1.4 碳纸电极材料的应用研究
• 1.5 研究本课题的内容、目的和意义
• 2 实验部分
• 2.1 主要原料
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 相图的绘制
• 2.3.2 电导率的测定
• 2.3.3 微乳液聚合法制备聚苯胺
• 2.3.4 碳纸负载PANI 电极的制备
• 2.4 性能测试与表征方法
• 2.4.1 产率的测定
• 2.4.2 聚苯胺电导率的测定
• 2.4.3 循环伏安测试
• 2.4.4 Tafel 曲线的测试
• 2.4.5 红外光谱分析（FT-IR）
• 2.4.6 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.4.7 热重分析（TGA）
• 2.4.8 透射电子显微镜测试（TEM）
• 3 结果与讨论
• 3.1 磁场对苯胺微乳液体系相行为的影响
• 3.1.1 微乳液体系的相行为
• 3.1.2 磁场对微乳液体系相行为的影响
• 3.1.3 磁场对微乳液体系电导行为的影响
• 3.1.4 磁场中乳化剂对微乳液体系电导行为的影响
• 3.1.5 磁场对聚苯胺粒径的影响
• 3.2 合成条件对聚苯胺性能的影响
• 3.2.1 不同反应时间对聚苯胺产率的影响
• 3.2.2 不同反应时间对聚苯胺导电性的影响
• 3.2.3 不同浓度APS 对聚苯胺产率的影响
• 3.2.4 不同浓度APS 对聚苯胺导电性的影响
• 3.2.5 不同磁场强度对Tafel 的影响
• 3.2.6 不同磁场强度对循环伏安的影响
• 3.3 红外光谱分析
• 3.4 结晶性能分析
• 3.5 热稳定性分析
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录