特殊形貌纳米聚苯胺的制备及在传感器上的应用

论文摘要

随着纳米技术的发展,具有纳米纤维、纳米管、纳米孔洞等特殊微观形貌的导电聚合物的合成,进而实现对其各项性能的改善与调控成为重要的研究热点之一。本文分别运用软模板法和冰模板法,制备了具有纳米网络结构和多孔结构的聚苯胺,通过表征分析并研究了反应条件对其微观形貌、化学结构和电化学性能的影响和控制作用。同时将不同微观形貌的聚苯胺应用于pH电位传感器,获得了具有良好pH传感性能的纳米聚苯胺修饰电极,对比了两种方法制备的聚苯胺的传感性能差异,证实了纳米聚苯胺材料在pH传感领域的潜在应用价值,并对聚苯胺pH传感的机理给出理论分析。通过软模板法,以樟脑磺酸（CSA）为掺杂剂,通过调控单体浓度、反应时间、反应温度和掺杂剂含量等因素,制备了具有纳米纤维、纳米树枝和纳米网络形貌的聚苯胺。研究了反应条件对聚苯胺的微观形貌、化学结构和电化学性能的影响与调控作用,获得最佳电化学性能的三维网络状聚苯胺的合成工艺为：单体浓度为0.02 M,在掺杂剂/单体为0.5下0℃反应72 h。利用冰模板法,在-25℃的条件下,以CSA为掺杂剂,掺杂剂/单体为0.5下,制得了纳米多孔形貌的聚苯胺。这种形貌的形成,受掺杂剂含量的影响,掺杂剂/单体为0.25和1时,都不利于纳米多孔聚苯胺的生成。纳米多孔聚苯胺和纳米纤维聚苯胺的对比结果发现,多孔聚苯胺具有更多的醌环结构,且电荷传递电阻更小,呈现出更优良的电化学性能。分别将不同微观形貌的纳米聚苯胺制作pH传感器的电极,研究其各项传感性能。发现纳米聚苯胺在20天内对pH都有很好的线性响应。与纤维状聚苯胺相比,冰模板法下合成的多孔聚苯胺具有响应斜率大（平均51.5 mV/pH）, pH响应范围宽（pH从2.0到8.0）,响应时间短（平均28 s/pH）,回复性好的优点,证明其在传感器有潜在的应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 导电聚合物
• 1.1.1 导电聚合物概述
• 1.1.2 导电聚合物的分类
• 1.2 聚苯胺
• 1.2.1 聚苯胺的结构
• 1.2.2 聚苯胺的导电机理
• 1.2.3 聚苯胺的合成
• 1.2.4 聚苯胺的应用
• 1.3 特殊微观形貌的制备方法
• 1.3.1 硬模板法
• 1.3.2 软模板法
• 1.3.3 冰模板法
• 1.4 pH传感器研究进展
• 1.4.1 传统pH传感器
• 1.4.2 新型pH传感器
• 1.4.3 导电聚合物pH传感器
• 1.5 课题的提出
• 第二章 软模板法合成纳米纤维聚苯胺
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 化学试剂及仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 表征与测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 微观形貌分析
• 2.3.2 化学结构分析
• 2.3.3 电化学性能分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 冰模板法合成纳米多孔聚苯胺
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 化学试剂及仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 表征与测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 反应过程分析
• 3.3.2 微观形貌分析
• 3.3.3 红外光谱分析
• 3.3.4 紫外-可见光吸收光谱分析
• 3.3.5 X射线衍射分析
• 3.3.6 循环伏安分析
• 3.3.7 交流阻抗分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 纳米聚苯胺材料在pH传感器上的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 化学试剂及仪器
• 4.2.2 溶液配置
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 pH电位响应
• 4.3.2 响应范围
• 4.3.3 回复性
• 4.3.4 响应时间
• 4.3.5 使用寿命
• 4.4 本章小结
• 第五章 聚苯胺传感的电化学理论分析
• 5.1 引言
• 5.2 循环伏安法分析
• 5.2.1 循环伏安法概述
• 5.2.2 循环伏安法分析的原理
• 5.2.3 循环伏安法分析的理论方程
• 5.3 pH传感的能斯特原理
• 5.3.1 能斯特方程
• 5.3.2 聚苯胺传感的能斯特原理
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢