不銹鋼表面聚吡咯、聚苯胺的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、導(dǎo)電高分子聚吡咯(PPy)和聚苯胺(PAni)具有環(huán)境穩(wěn)定性好、易合成、導(dǎo)電性較高、氧化還原可逆性好等優(yōu)點(diǎn)，在傳感器、光電器件、金屬防腐、生命科學(xué)和電池等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。本文在不銹鋼(SS)表面制備了多種PPy膜和PPy-PAni共聚膜，采用線性掃描伏安曲線、動(dòng)電位極化曲線、自腐蝕電位-時(shí)間曲線和電化學(xué)阻抗譜等方法研究了這些導(dǎo)電高分子膜對(duì)不銹鋼的防護(hù)作用，用循環(huán)伏安曲線研究了PPy膜的氧化還原行為，用掃描電子顯微鏡觀察了PP

2、y膜的微觀形貌，用四探針電導(dǎo)率儀研究了PPy膜的電導(dǎo)率。
　　 1.Na2MoO4摻雜的PPy、PAni共聚膜和雙層膜的制備及其防腐蝕作用
　　 采用循環(huán)伏安法在不含和含0.01 mol L-1Na2MoO4的吡咯+苯胺的草酸溶液中在不銹鋼表面制備了聚吡咯和聚苯胺的共聚膜PPy-PAni和MoO42-摻雜的共聚膜PPy-PAni-MoO42-，研究了這些共聚膜對(duì)不銹鋼的防腐蝕作用。結(jié)果表明，MoO42-能抑制不銹鋼的陽(yáng)極

3、溶解，能加速PPy-PAni在不銹鋼表面的電化學(xué)聚合反應(yīng);PPy-PAni-MoO42-對(duì)不銹鋼在0.1mol L-1HCl溶液中的保護(hù)作用在2h內(nèi)隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增加，PPy-PAni對(duì)不銹鋼的保護(hù)作用浸2h就完全喪失。SS/PPy-PAni-MoO42-在1mol L-1H2SO4中的電荷轉(zhuǎn)移電阻也比SS/PPy-PAni的大。PPy-PAni-MoO42-對(duì)不銹鋼的保護(hù)效果較PPy-PAni好，且保護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)。
　　

4、采用循環(huán)伏安法在含不同Na2MoO4濃度的吡咯+苯胺的草酸溶液中在不銹鋼表面制備了PPy-PAni-MoO42-共聚膜，研究了Na2MoO4濃度對(duì)共聚膜的防腐蝕性能的影響。當(dāng)溶液中Na2MoO4濃度為0.001mol L-1時(shí)，共聚膜的電沉積速率最大，為0.03mol L-1時(shí)，電沉積速率顯著降低，當(dāng)濃度增大至0.05mol L-1時(shí)，單體幾乎不能在不銹鋼表面發(fā)生電化學(xué)聚合。動(dòng)電位極化曲線和自腐蝕電位-時(shí)間曲線的結(jié)果都表明，在溶液中含0

5、.001mol L-1Na2MoO4時(shí)制備的PPy-PAni-MoO42-膜對(duì)不銹鋼的保護(hù)效果最好，含0.03mol L-1時(shí)制備的PPy-PAni-MoO42-膜保護(hù)效果最差。
　　 采用循環(huán)伏安法制備了由PPy-MoO42-和PPy-PAni-MoO42-組成的雙層膜，研究了PPy-PAni-MoO42-共聚膜和雙層膜對(duì)不銹鋼的防腐蝕效果。在1mol L-1H2SO4和0.1mol L-1NaCl中的動(dòng)電位極化曲線結(jié)果都表明

6、，雙層膜PPy-MoO42-/PPy-PAni-MoO42-對(duì)不銹鋼的防護(hù)作用比雙層膜PPy-PAni-MoO42-/PPy-MoO42-的好，兩種雙層膜的防護(hù)作用都比共聚膜PPy-PAni-MoO42-的差。
　　 2.堿性溶液中制備的PPy膜的氧化還原行為及防腐蝕作用
　　 用循環(huán)伏安法分別在10℃和40℃，在含吡咯+0.001mol L-1Na2MoO4的pH10的溶液中在不銹鋼表面制備了PPy膜(簡(jiǎn)記為10℃SS

7、/PPy(MoO42-)和40℃SS/PPy(MoO42-))，在含吡咯+0.001mol L-1Na2WO4的pH10的溶液中制備了10℃SS/PPy(MoO42-)和40℃SS/PPy(MoO42-)，研究了這些PPy膜的氧化還原行為及對(duì)不銹鋼的防腐蝕作用。結(jié)果表明，吡咯在含MoO42-和WO42-的溶液中的電化學(xué)聚合行為基本相似，但在含WO42-的溶液中的聚合速率較大，40℃時(shí)吡咯的聚合速率比10℃時(shí)的大;10℃SS/PPy(Mo

8、O42-)膜的氧化還原可逆性比40℃SS/PPy(MoO42-)的好，摻雜度也高;MoO42-不參與PPy的氧化還原，在PPy還原過(guò)程中，MoO42-保留在PPy骨架當(dāng)中，只有陽(yáng)離子嵌入PPy膜中進(jìn)行電荷補(bǔ)償，以維持膜的電中性;溫度只對(duì)膜的電化學(xué)聚合的影響較大，對(duì)膜的氧化還原活性的影響比較小;WO42-和MoO42-摻雜的PPy膜的氧化還原行為相似，WO42-也不參與PPy的氧化還原;MoO42-摻雜的PPy膜對(duì)不銹鋼的保護(hù)效果比WO4

9、2-摻雜的PPy膜的好，無(wú)論是MoO42-摻雜或WO42-摻雜的PPy膜，在10℃下制備的PPy膜對(duì)不銹鋼的保護(hù)效果比在40℃下制備的PPy膜的好。
　　 3.PPy膜的導(dǎo)電性及其影響因素
　　 用恒電位法在不銹鋼表面制備了十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和對(duì)甲苯磺酸(HTSO)摻雜的PPy膜，研究了溶液中SDBS和HTSO的濃度對(duì)PPy形貌和電導(dǎo)率的影響。結(jié)果表明，吡咯在SDBS的水溶液中幾乎不發(fā)生電化學(xué)氧化，當(dāng)加入HTS

10、O后，吡咯才發(fā)生氧化聚合。增加溶液中HTSO的濃度，制備的PPy膜表面球形顆粒呈團(tuán)狀或塊狀聚集，電導(dǎo)率增大。增加溶液中SDBS的濃度，PPy膜表面球形顆粒較較小，且排列均勻，但電導(dǎo)率較低。
　　 恒電位值及溫度對(duì)PPy的電導(dǎo)率的研究結(jié)果表明，在恒電位0.6V制備的PPy的膜電導(dǎo)率最大，當(dāng)電位升高至0.9V時(shí)，PPy膜電導(dǎo)率值降低很多。在5、30和50℃制備的PPy膜的電導(dǎo)率隨溫度升高而降低，隨在空氣中放置時(shí)間延長(zhǎng)均緩慢降低，在5