纳晶纤维素导电复合膜的制备及应用研究

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纳晶纤维素(Nanocrystalline Cellulose,NCC)是由植物光合作用合成、无污染、可生物降解的纤维素通过硫酸水解得到的,具有纳米级材料的相关性质。3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)单体的聚合物聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)因其有序特殊的化学结构而具备良好的导电性和稳定性等性质。由苯胺(AN)单体共聚而生成的聚合物聚苯胺(PAN)因成本较低、易成膜、较高的电导等特点而受到关注。本论文就是围绕着以化学合成法或电沉积法将NCC与上述两种导电聚合物共聚而生成的纳晶纤维素基导电复合膜展开的,接着将其修饰于碳糊电极表面,然后用扫描电镜(SEM)、Zeta电位仪、红外吸收光谱(FTIR)、差分脉冲伏安(DPV)、循环伏安(CV)、计时电流(i-t)、电化学阻抗谱(EIS)等分析方法进行表征分析,最后用制备的修饰电极对多巴胺(Dopamine,DA)或对苯二酚(Hydroquinone,HQ)进行检测分析。具体研究内容如下:  (1)利用(NH4)2S2O8作催化剂,以化学氧化的方式制备PEDOT/NCC纳米聚合物。以纳米聚合物的得率为研究对象,考察了催化剂使用量、NCC的质量百分比、反应时间、反应温度对其的影响,并优化了制备过程。研究表明:聚合物的最佳工艺条件是催化剂用量为EDOT质量的2倍,NCC的质量百分比50%,反应时间6h,反应温度80℃。正交实验表明:在三个主要的影响因素中,反应温度对聚合物得率影响最大,反应时间次之,最后是NCC的质量百分比。所得聚合物呈棒状结构,与裸电极、NCC或EDOT相比,具有较低的交流阻抗值、较高的储能能力和电化学稳定性。  (2)以NCC和EDOT为原料,分别用以FeCl3作催化剂的化学聚合法和简单电聚法来制备PEDOT/NCC纳米复合材料。实验结果表明:两种方法均可以使NCC有效的掺杂在聚合物PEDOT中而形成具有突出电化学性质的纳米复合材料。并且在简单电聚法中,因NCC是唯一可以掺杂在PEDOT的物质,因而形成的电聚物PEDOT/NCC不仅具有典型的纳米结构而且还显示出较低的交流阻抗值、较高的储能能力以及对DA良好的电催化活性的特征,经计时电流测量结果显示其对DA的检测限是69 nM(信噪比S/N=3),线性范围是0.2μM/L-62.0μM/L。  (3)采用一步电沉积法制备PAN/NCC修饰电极,并用于对HQ的检测。结果表明:PAN/NCC修饰电极具有较小的交流阻抗值,具备检测HQ的能力,并且灵敏度高,稳定性好。
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