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1、应用化学实验报告实验九 聚苯胺导电聚合膜的制备及表征学 院 化学化工学院指导老师 专业班级姓 名学 号 同 组 人 2012年 06月 09日实验九 聚苯胺导电聚合膜的制备及表征一、实验目的1. 了解聚合物的合成方法性能和主要反应； 2. 通过电化学聚合实验，掌握电化学聚合的实验技术以及相应的电化学测试方法；二、实验原理20世纪70年代后期由于聚乙炔的发现而产生了以共轭高分子为基础的导电高分子学科，并得到了迅猛的发展，而导电聚合物聚苯胺自20世纪80年代中期被Mac Diarmid等重新开发以来， 以其原料易得、合成简单、较高的电导率和潜在的溶液和熔融加工性能，以及良好的环境稳定性等优点， 成
2、为目前最受关注的三大导电高分子品种(聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯) 之一。正是以上这些优点，使聚苯胺有广阔的应用前景。导电聚苯胺具有较好的电磁屏蔽和微波吸收性能，如聚苯胺/聚氯乙烯导电共混材料的电磁屏蔽常数大于50 dB。在二次电池(塑料电池) 中使用聚苯胺具有良好的充放电效果， 循环充电2000次， 库仑效率仍接近100%。导电聚苯胺是一种良好的金属防腐蚀材料， 同时还是较好的防污材料， 可在舰船上广泛应用。另外， 聚苯胺还有电致变色、电子发光等可被将来利用的性能。聚苯胺的合成方法很多， 如化学氧化聚合法、电化学聚合法、现场聚合法(in-situ)、缩合聚合法等，其中化学氧化聚合法较为简单， 易于
3、大批量生产， 因而吸引了许多注意力。本实验用电化学聚合法合成聚苯胺，并且对其电化学和光学性能进行表征。 聚苯胺的形成是通过阳极偶合机理完成的 ，具体过程可由下式表示聚苯胺链的形成是活性链端( NH2) 反复进行上述反应，不断增长的结果。由于在酸性条件下，聚苯胺链具有导电性质，保证了电子能通过聚苯胺链传导至阳极，使增长继续。只有当头头偶合反应发生，形成偶氮结构，才使得聚合停止。PAN有4 种不同的存在形式，它们分别具有不同的颜色(见表1)。苯胺能经电化学聚合形成绿色的叫作翡翠盐的PAN导电形式。当膜形成后， PAN 的4 种形式都能得到，并可以非常快地进行可逆的电化学相互转化。完全还原形式的无色
4、盐可在低于-0.2 V 时得到，翡翠绿在0.30.4V 时得到，翡翠基蓝在0 .7 V 时得到，而紫色的完全氧化形式在0.8 V 时得到。因此，可通过改变外加电压实现翡翠绿和翡翠基蓝之间的转化，也可以通过改变pH值来实现。区分不同光学性质是由苯环和喹二亚胺单元的比例决定的，它能通过还原或质子化程度来控制。表1不同种类的PAN三、实验试剂与仪器仪器：电化学工作站，导电玻璃，饱和甘汞电极，Pt丝电极 试剂：苯胺，硫酸四、实验步骤和现象1. 苯胺、硫酸水溶液的配制取1.86g苯胺于烧杯中，加入约150ml水，加入11.1ml浓硫酸，搅拌均匀后用水稀释至200ml。得到黄绿色透明溶液。（试剂瓶中的苯胺
5、为棕红色，被氧化）2. 电极的预处理导电玻璃分别在乙醇、二次水中超声清洗，每次5min。3. 电解槽的装配将上述所配溶液取适量置于一50ml烧杯中，以处理过的导电玻璃为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极（使用前要检查KCl溶液是否足够并赶去电极中的气泡），Pt丝电极为辅助电极组成三电极体系。4. 线性扫描仪循环伏安法打开电脑操作界面，选择循环伏安法，扫描范围调节在-0.11.5V，扫描速率为50mV/s，点开始进行扫描，扫描完成后将数据和图像存储下来。5. 聚苯胺膜的制备选择恒电位电解I-t曲线法设定电位0.80.9V，扫描200s，做出聚苯胺膜在硫酸溶液中的循环伏安曲线图。6. pH测定制备不
6、同硫酸浓度标准溶液3份（0.05，0.1，0.5mol/L），以及pH=4的标准溶液，做出其循环伏安曲线，并根据结果得出pH-E曲线。五、实验结果和讨论1.线性循环扫描伏安法得到的实验曲线（图1）从图中可以看出00.8V聚苯胺没有形成其电流为0，因而选择0.9V作为恒电位电解时的电压更为合适。图1 原溶液线性扫描循环伏安法图中可以看出00.8V聚苯胺没有形成其电流为0，因而选择0.9V作为恒电位电解时的电压更为合适。2.恒电位电解I-t曲线（E=0.9V），用origin作图图2原溶液恒电位电解I-t曲线3.不同pH下的循环伏安曲线，用origin作图电位E(V)图3 0.05mol/LH2S
7、O4溶液中聚苯胺膜的循环伏安曲线电位E(V)图4 0.1mol/LH2SO4溶液中聚苯胺膜的循环伏安曲线电位E(V)图4 0.5mol/LH2SO4溶液中聚苯胺膜的循环伏安曲线电位E(V)图5 PH=4 的H2SO4溶液中聚苯胺膜的循环伏安曲线表2不同pH值下的响应电位硫酸浓度（mol/L）pH响应电位（V）0.0510.450.100.70.580.5000.755e-540.05用origin作对应的pH-E响应曲线，并进行曲线拟合。图6 pH-E响应曲线曲线拟合方程为：y=-0.16565x+0.69355由此可见聚苯胺的氧化电位响应值随pH的增大而降低，但其线性相关性较差，R2仅为0.
8、70212，造成实验结果误差如此大的原因有很多，从小组的实验情况分析，其可能原因有以下几点：a. 制得的聚苯胺薄膜由于均一性不好在反复循环伏安扫描中脱落，影响了导电玻璃的导电性，这一点使得后来测定的实验曲线其氧化峰很难观测，造成原因可能是导电玻璃表面不够光洁。b. 实验所用的试剂发生氧化，在实际操作中我们发现，制备导电膜剩余的溶液在空气中放置一段时间后，颜色由淡黄绿色变为浅红色，应该是苯胺发生了氧化，而且在取苯胺时发现其已变为棕红色。c. 电极由于长期放置，其电极活性部分被一些物质覆盖，影响了电极的灵敏度，尤其是甘汞电极中的饱和KCl溶液要及时检查，并拍去气泡。六、实验思考1. 为什么导电玻璃使用前要仔细清理？导电玻璃的表面是聚苯胺薄膜的形成场所，若不清理干净，会影响聚苯胺在导电玻璃表面的形成和均一性排布，影响后续的测定。2. 什么是修饰电极？化学修饰电极是在电极表面进行分子设计，将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物以化学薄膜的形式固定在电极表面，使电极具有某种特定的化学和电化学性质。3. 聚苯胺的光学吸收原理是什么？光激发聚苯胺中的苯环和亚胺单元之间进行不断转变，从而改变其光吸收。 （注：文件素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注。）
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