历史上主要采用的电化学方法主要有一下三种:
1 恒定电位法:此法的操作方法是控制极化电位,适当的极化电位值取决于反应的单体的类型和实验的条件,最终可得反应过程时间与电流的关系图。但是该实验方法存在一个极大的缺陷,即实验的重现性不好,而且不能很好的对聚合反应的速度进行控制[21]。
2 恒定电流法:与恒定电位法类似,以电流密度为常量,在恒流条件下进行聚苯胺的制备。电流密度的数值需要通过一系列实验确定,存在一个很大的参照对比过程;但是与恒定电位法相比,该方法的重现性比相对较好,而且聚合物膜的厚度便于控制。
3循环伏安法CV:此法通过动态的电位扫描来合成聚合物,反应过程中的扫描电位的范围需结合具体实验要求及条件而定。通过反应最终得到CV曲线。用这种方法,我们能够有效地控制反应过程,同时合成的聚合物薄膜性能较优。
电化学方法制备导电聚合物比化学氧化法聚合更具优越性[22]。第一,电化学聚合方法在电极的表面上直接成膜,而且获得的膜较牢固,产物则无需分离,产物直接就是成品;第二,电化学合成重现性比较好,合成过程便于控制,操作也比较简单。第三,能够通过控制实验变量来得到不同厚度和长度的聚合物薄膜,得到掺杂不同阴离子的聚合物薄膜。
1.2 TiO2纳米管阵列的制备
采用牺牲“阳极氧化法”,电解(恒压条件下)5mol/L的四乙基溴化铵的乙醇溶液,得到钛酸乙酯,并直接水解得TiO2溶胶。采用提拉法在Ti基体上均匀涂覆溶胶,干燥后置于450摄氏度的锻炉里烧结30min,重复以上操作2-3次次,得到钛基团纳米膜电极(Ti/nano TiO2),所得的颗粒直径在21-27nm之间,厚度为1.2微米左右。
1.3 聚苯胺用量对复合物的影响
微观上纳米TiO2表面的聚合物包覆状态随着聚苯胺用量的差异而有所不同[23]。因此,控制苯胺单体的单位用量成为间接控制纳米TiO2表面的聚合物的包覆状态的一种方法,氧化钛/聚苯胺复合物的结构和性能也会随着改变。原料是由白色的氧化钛和墨绿色的掺杂聚苯胺组成的,因此随着单体单位用量不同,复合微粒的颜色就会不同。随单体用量的增加,复合物的颜色会加深。实现从灰白色---浅灰色---灰色----深灰色的渐变,通过颜色的变化我们能大致判断出单体的用量。
1.4 氧化剂浓度对复合物的影响
实验产物聚苯胺分子量随氧化剂浓度不同,产率也不同。由于复合物每个状态对应的组成不同,颜色也会发生变化[24]。当单体与氧化剂摩尔比(APS/PANI、摩尔比)为1:1时,颜色较深,比例高于和低于1:1,颜色都会变浅。这是由于氧化剂浓度小于1:1时[25-26],不能把所有的苯胺单体都聚合成为聚苯胺,影响单体的转化率,此时复合物的颜色较浅;若氧化剂浓度使用过量,反应速度会很快,可是过量的氧化剂会氧化合成的高分子量聚苯胺产物,使分子量降低,因此颜色也会变浅。
1.5 TiO2用量对复合物的影响
实验表明,聚苯胺/氧化钛复合物的质量比电容于聚苯胺和氧化钛(TiO2)纳米管的质量为7:3时达到最大值(267F)[27] , 这说明了复合物材料的电容比纯的聚苯胺的电容(198F)更大是因为复合材料中存在适量的纳米管基体。若质量比小于7:3时,复合物的质量比电容会降低,这极有可能是因为TiO2本身没有比较明显的电容行为,过多TiO2纳米管基体材料的存在会使复合物的比电容有所降低。从复合物中的聚苯胺的质量比电容数据分析前人得出一个结论:聚苯胺的利用率随着复合物中二氧化钛纳米管的含量增加而增加,这是由于聚苯胺的掺杂与去掺杂速率在TiO2纳米管的特殊管状结构的存在条件下得到强化, TiO2纳米管的存在提高了聚苯胺的利用率[28]。