聚吡咯微胶囊的制备及其在全固态锌离子选择性电极上的应用

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中空聚合物微胶囊或纳胶囊具有光学性能、电学性能以及催化性能,可封装多种客体分子如药物、酶、染料、基因、纳米粒子等,并能够控制反应条件以一定的速度释放出来达到治疗、染色的目的,在生物医学、化学分析以及工业生产等方面具有潜在的应用价值。其中对作为中空结构的壁材材料的研究也成为热点。聚吡咯是一种导电聚合物,具有五元环的密度较大硬度较高的结构,并且具有优异的导电性、环境稳定性、无毒性和生物相容性等受到人们的青睐,用于研究制备超导材料、生物传感器和电极材料等方面。  本论文利用原位聚合法,通过过氧化苯甲酰(BPO)氧化单体吡咯聚合而成聚吡咯分子链缠绕在油包水形成的乳滴表面而生成聚吡咯微胶囊,以十二烷基苯磺酸钠(DBSNa)和对甲苯磺酸(TsOH)作为掺杂剂增强聚吡咯的导电性,包覆的芯材是氯化锌水溶液。采用光学显微镜、环境扫描电镜(ESEM)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和拉曼光谱(Raman)对微胶囊表面形貌和结构进行测试表征。然后,将制备的性能较好的聚吡咯微胶囊作为全固态离子选择性电极的导电中间层来提高离子-电子的转换效率,增加锌离子选择性电极的导电性。利用电化学工作站和酸度计对全固态锌离子选择性电极的循环伏安曲线、交流阻抗谱图以及能斯特选择性响应进行测试研究。  实验主要研究结果表明,随着锌离子浓度的增加,当达到20%时微胶囊粒径逐渐增大到45μm左右,形成稳定的聚吡咯微胶囊;当氧化剂BPO含量和掺杂剂TsOH含量分别逐渐增加到123.71%和4.12%时,微胶囊壁厚逐渐增大,具有一定的支撑作用,并且微胶囊粒径均匀、表面光滑、局部有轻微凹陷。用这种聚吡咯微胶囊构建的全固态离子选择性电极在pH3~7范围内具有稳定的选择性,线性范围为10-5~10-1 M,检测下限可达2.45×10-6 M,响应斜率为19.5 mV/dec,且具有较好的双电层电容,内部电荷转移阻抗较小,具有很好的导电性。
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