碳纳米管掺杂聚苯胺电极电化学性能研究(2)

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3.1.1聚苯胺的电化学聚合 10

3.1.2聚苯胺的在酸性溶液中循环伏安测试 11

3.1.3聚苯胺的在中性溶液中循环伏安测试 12

3.2 聚苯胺/碳纳米管的循环伏安测试 12

3.2.1乳液聚合法得到复合物 12

3.2.2电化学聚合法 13

3.2.3超声复合法 15

3.3 聚苯胺/富勒烯复合膜 16

结论 19

致谢 20

参考文献 21

1 绪论

1.1 课题研究背景及研究意义

在众多的导电聚合物中，聚苯胺(PANI)由于其合成简便、单体价廉、可控的电导率、优良的环境稳定性、可加工性以及独特的电化学和光学性能而成为最受关注的本征导电聚合物之一，在电化学储能[1]、生物传感器[2]、电致变色[3]、发光二极管[4]、存储器[5]、以及金属防腐和防污[6]等领域有广阔的应用前景。

聚苯胺在不同氧化态间能进行可逆的氧化还原反应，在酸性条件下，聚苯胺的伏安特性曲线上可出现3对氧化还原峰，说明聚苯胺在这种条件下具有良好的电化学活性。这是由于聚苯胺在电化学氧化-还原过程中涉及质子酸的掺杂和去掺杂，其电化学活性必须在酸性环境中才能具备。随着pH值的升高，其电化学活性逐渐降低，当pH大于4时，其电化学活性基本消失[4,7]。然而电极材料经常需要在中性或者碱性条件下工作[8,9]。例如在生物传感器、海洋防污防腐等应用场合，就必须应用于高pH值的中性甚至碱性溶液中。此外，强酸性电解液腐蚀性强，不利于电化学器件的生产、储存和使用。因此，如何使PANI在高pH值溶液中保持电化学活性成为亟待解决且颇具挑战性的课题。

目前主要有两大类方法可以提高PANI在高pH值溶液中的电化学活性：一是向PANI体系中引入可电离出质子的功能基团，使得在质子缺乏的高pH值溶液中，PANI体系在局部环境中具有足够的质子，以保持其电化学活性。二是向PANI体系中引入诸如碳系纳米材料、贵金属纳米粒子等导电材料，以促进其在氧化-还原过程中的电荷转移，从而保证处于非导电态的PANI具有电化学活性。

1.2 聚苯胺

1.2.1导电聚合物的发展

高聚物从问世到后来的很长一段时间内都被作为绝缘材料使用。直至1977年MacDiarmid[10]报道了导电聚乙炔，才突破了“高聚物是绝缘体”的传统观念。一般导电聚合物可分为复合型与结构型两大类, 前者依靠混合在高分子绝缘体中的碳黑、金属或电解质离子导电，后者依靠高分子本身产生的导电载流子导电。导电高分子是指结构型导电聚合物或电活性高分子[11]。目前人们主要研究的导电高分子有聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚苯胺(PANI)和聚苯基乙炔(PPV), 这些导电聚合物都有一个较长的π-电子共轭主链，因此又称为共轭聚合物。π电子共轭体系的成键和反键能带之间的能隙较小，约为1.5～3 eV，接近于无机半导体中的导带-价带能隙。共轭聚合物大多具有半导体特性( =10-12～10-4 S·cm-1)，研究表明在这些共轭聚合物中进行掺杂可使其电导率增加若干数量级，接近于金属电导率。其中因聚苯胺具有原料易得、合成工艺简单、化学及环境稳定性好等特点而得到了更加广泛的研究和开发, 并在许多领域显示出了广阔的应用前景[12]。文献综述