聚苯胺/硼钨酸杂化材料的制备、表征及性能

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杂多酸具有一定的氧化性、催化活性以及独特的光、电、磁等特性,可以用来构建多功能的有机-无机杂化材料。目前,聚苯胺(PANI)/杂多酸新材料的合成、表征和性质分析成为了一个研究热点。本论文首先以硼酸和二水合钨酸钠为原料成功合成了Keggin型12-硼钨酸及其钾盐。然后,分别以合成的12-硼钨酸(HBW)和12-硼钨酸钾-盐酸(KBW-HCl)为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂,采用化学氧化聚合法制备了一系列的PANI-[HBW]x(x为HBW与苯胺单体的质量比)和PANI-[KBW](x)(X为KBW与苯胺单体的质量比)样品。通过FT-IR、UV-Vis、XRD、四端法测电阻和SEM等测试手段,对两组样品进行结构表征和性能分析。  PANI-[HBW]x样品的测试结果表明,HBW被成功掺杂到PANI链上。随着x的增大,掺杂到PANI分子链上的[BW12O40]5-对阴离子数量随之增多,且其在PANI分子链上排列的有序程度也在提高。PANI-[HBW]x样品的电导率与x密切相关。随着x的增大,样品的电导率呈现出先升高后降低的趋势,在x=0.030时达到最大值。研究PANI-[HBW]x样品红外光谱中PANI分子的苯环和醌环吸收峰的强度之比I0与x的关系发现,随着x的增大,I0呈现出和电导率一致的变化趋势。这种一致性表明,PANI-[HBW]x样品的电导率在x=0.040时急剧降低是由HBW的强氧化性导致的。  PANI-[KBW]x样品的测试结果表明,在KBW与HCl共掺杂过程中[BW12O40]5-作为对阴离子进入到聚苯胺链上,其含量随着X的增大而增多。进入分子链上的[BW12O40]5-阴离子会影响样品分子链排列的有序程度,进而影响了样品的导电性能。鉴于此,我们认为通过调整PANI分子链上对阴离子的数量可以对样品的电导率进行控制。  另外,我们选择电导率较高的样品PANI-[HBW]0.030和PANI-[KBW]0.2制备成电极。分别在1 mol/L H2SO4、0.1 mol/L H2SO4和1 mol/L KNO3溶液中,通过循环伏安测试研究了这两种电极的电化学性能。测试结果表明:在以泡沫镍为集流体的条件下,这两种电极材料适合在1 mol/L的KNO3溶液中进行电化学测试。PANI-[HBW]0.030电极材料在1 mol/L的KNO3溶液中的CV曲线呈现出类似双电层电容效应的形状。而PANI-[KBW]0.2电极材料在1 mol/L的KNO3溶液中的CV曲线呈现出氧化还原峰,具有法拉第赝电容效应。表明PANI-[KBW]0.2电极材料可以用于超级电容器。
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