导电聚合物复合膜修饰电极及其电化学性能研究

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导电聚合物由于具有优良的物理化学性能,在电化学催化、电极材料、传感器、金属防腐等技术领域都有广泛的应用前景。在众多导电聚合物中聚苯胺(PAN)和聚吡咯(PPY)由于原料易得、制备简单、电导率较高、环境稳定性好等特点已受到广泛关注。但由于其自身存在机械可加工性能差的缺点,近年来PAN和PPY的复合材料已成为研究热点。这些复合材料在保持导电聚合物原有性能的基础上一定程度提高了导电聚合物的机械可加工性能。因此,制备实用型导电聚合物复合材料以及对其修饰电极的性能进行研究很有意义。本文采用电化学方法制备了以聚砜为基的两类导电聚合物,即PAN和PPY的复合膜修饰电极。利用多种实验手段对其结构和性能进行了评价,并对它的电化学催化活性尤其是对载铂后的修饰电极对甲醇的电催化氧化性能进行了广泛细致的研究。论文共分五章,具体内容概括如下:第一章:对导电聚合物、导电聚合物修饰电极及直接甲醇燃料电池(DMFC)的一些相关内容进行了简要阐述。第二章:对本文涉及的电化学方法,即循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)的概念、原理及数据分析作了概述和讨论。第三章:采用电化学循环伏安法在盐酸溶液中电聚合制备了聚吡咯(PPY)/聚砜(PSF)复合膜修饰电极。分别用SEM和FTIR表征了复合膜的表面形态和化学组分,并用电化学方法对复合膜修饰电极的电化学性能进行了研究。SEM和FTIR测试结果表明:复合膜呈不对称双层结构,内层(与工作电极接触的一面)是由聚吡咯组成的带少量微孔的致密导电层,而外层(与电解质溶液接触的一面)则是由聚砜组成的具有许多微孔的绝缘层;电化学实验数据表明:复合膜修饰电极在酸性溶液中有较宽的电化学窗口,并且对对苯二酚(H2Q)有显著的电催化活性。H2Q在该修饰电极上的反应速率受动力学扩散控制,其氧化峰电流在5~30mM的范围内与H2Q的浓度呈线性关系,表明该复合膜修饰电极在H2Q的监测方面将有潜在的用途。第四章:首先采用电化学循环伏安法在硫酸溶液中电聚合制备了PAN/PSF复合膜修饰电极,然后在其上电沉积Pt粒子得到载铂PAN/PSF复合膜修饰电极。分别用FTIR和SEM表征了复合膜的化学组分和表面形态,同时利用EDS测定了SEM观测区域的载铂量,并用电化学方法对载铂PAN/PSF复合膜修饰电极的电化学性能进行了研究。FTIR、SEM和EDS测试结果表明:复合膜具有不对称的多孔双层结构,内层为聚苯胺,外层为聚砜,铂粒子能够均匀分散在内层的多孔聚苯胺上;电化学实验数据表明:载铂PAN/PSF复合膜修饰电极对甲醇有显著的电催化氧化性能且稳定性好,甲醇相应的0.65V左右的阳极氧化峰电流在扫描速度为10~100mVs-1范围内与扫描速度的平方根呈良好的线性关系,表明甲醇在该修饰电极|溶液界面上的电化学动力学行为受扩散控制。第五章:首先采用与第三章类似的方法在pH值为2.6的KCl溶液中制备了具有不对称双层结构的PPY/PSF复合膜修饰电极,然后在其上电沉积Pt粒子得到载铂PPY/PSF复合膜修饰电极。用电化学方法研究了载铂PPY/PSF复合膜修饰电极对甲醇的电催化氧化性能,结果表明该复合膜修饰电极对甲醇有显著的电催化氧化性能且稳定性好。
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