導(dǎo)電聚合物的制備及其電催化性能研究.pdf

1、導(dǎo)電聚合物具有獨特的電化學(xué)和化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于電池、傳感器、腐蝕防護(hù)和電催化材料等領(lǐng)域。聚苯胺(PAN)和聚吡咯(PPy)等導(dǎo)電聚合物具有價格低廉、易合成等優(yōu)點，電催化性能是導(dǎo)電聚合物的重要性能之一。本論文主要研究導(dǎo)電聚合物對有機小分子及氨基酸的電催化性能，研究內(nèi)容包括以下五個方面。
　　 采用循環(huán)伏安法制備了一種新型的導(dǎo)電聚合物-苯胺和環(huán)氧丙烷導(dǎo)電高分子共聚物(PAN-PPO)，并對其可能的共聚機理進(jìn)行了探討。采用掃描電子顯

2、微鏡(SEM)和差熱分析等方法對聚合物的形貌和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了表征，同時探討了該共聚物對甲醇和甲酸的電催化氧化作用。結(jié)果表明，在相同的條件下，PAN-PPO的電聚合速率和電導(dǎo)率均高于PAN；PAN-PPO具有均勻的納米纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纖維直徑小于70 nm；PAN-PPO的熱分解溫度略低于PAN；PAN-PPO對甲酸和甲醇具有較好的電催化活性。
　　 在1-乙基咪唑三氟乙酸(HEImTfa)、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽(BMIm

3、HSO4)和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽(BMImH2PO4)等離子液體中合成了PAN和PAN-PPO，并采用紅外光譜和SEM技術(shù)對其進(jìn)行表征，同時研究了它們對有機小分子的電催化活性。結(jié)果表明，在HEImTfa離子液體中合成的PAN(PAN-HEImTfa)，由均勻規(guī)則的納米結(jié)構(gòu)組成，與在硫酸水溶液中合成的PAN相比，PAN-HEImTfa對甲酸、甲醛和草酸具有較好且穩(wěn)定的電催化活性；在BMIHSO4中，采用循環(huán)伏安法合成PAN-P

4、PO(PAN-PPO-BMIHSO4)，PAN-PPO-BMIHSO4由直徑小于80 nm的納米纖維組成，對草酸具有較好的電催化性能；在BMIH2PO4中，采用循環(huán)伏安法合成了PAN-PPO(PAN-PPO-BMIH2PO4)，其結(jié)構(gòu)致密，由直徑約為100 nm的納米纖維組成，對草酸具有一定的電催化活性。同時，研究發(fā)現(xiàn)離子液體的粘度對導(dǎo)電聚合物的合成及其電催化活性的影響較大。上述三種離子液體的粘度大小順序為BMImH2PO4>BMIHS

5、O4>HEImTfa，PAN和PAN-PPO在離子液體中的電聚合容易程度順序為HEImTfa>BMIHSO4>BMImH2PO4，而所得到的導(dǎo)電聚合物的納米結(jié)構(gòu)尺寸大小順序為PAN-PPO-BMIH2PO4>PAN-PPO-BMIHSO4>PAN-HEImTfa，電催化活性順序為PAN-HEImTfa>PAN-PPO-BMIHSO4≈PAN-PPO-BMIH2PO4。
　　 在導(dǎo)電聚合物上修飾鉑微粒，通過鉑顆粒和導(dǎo)電聚合物的協(xié)同

6、作用，有利于改善其電催化活性，減少鉑顆粒的用量。本論文采用循環(huán)伏安法在預(yù)先合成的PAN-PPO上負(fù)載鉑顆粒(Pt/PAN-PPO)，Pt顆粒大小約為60 nm。研究發(fā)現(xiàn)Pt/PAN-PPO對賴氨酸和甘氨酸具有較高的電催化活性，鉑的沉積周數(shù)不宜超過9周。
　　 在離子液體HEImTfa中合成PPy(PPy-HEImTfa)，研究了不同電聚合方法和基底電極對PPy的電聚合速度、形貌特征和電催化性能的影響。采用循環(huán)伏安法制備PPy-H

7、EImTfa，以鉑電極為基底電極時得到的PPy-HEImTfa顆粒較不銹鋼基底時的小，而且其電聚合速度和電催化活性均大于在不銹鋼基底電極上合成的PPy-HEImTfa。當(dāng)在同一鉑電極上制備PPy-HEImTfa，采用恒電流方法制備的聚合物顆粒直徑比循環(huán)伏安法小得多。
　　 由于納米碳管具有良好的導(dǎo)電性，高穩(wěn)定性和良好的機械性能，本文采用循環(huán)伏安法制備了PPy和納米碳管復(fù)合電極(PPy/CNT)，并研究了PPy/CNT復(fù)合電極的電