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聚苯胺基复合膜电容及电催化性能研究

将无机材料与有机材料复合,通过无机-有机组分之间的相互作用,可以弥补

各自性能的不足,且可相互改性,因此无机-有机复合日益引起人们的关注。聚苯

胺(PANI)具有原料易得、合成简单、稳定性好、电导率高等优点,是研究最多的

导电高分子之一。

但其存在加工性能差、溶解度低、物理力学性能差、在弱酸性和碱性条件下

会失去导电性等缺点,从而限制了PANI的应用与发展。将PANI改性,或与其他无

机组分复合,借助无机-有机组分的的协同效应,不但可以弥补PANI的不足,还可

以强化无机组分的性能。

因此研究无机组分与PANI的复合,开发新型导电复合材料,既有理论意义,

也有实际应用价值。本文利用电化学共沉积技术将PANI与无机组分如MoOx、功

能化碳布进行复合。

利用氧化物在PANI三维网络上的有效分散、无机-有机协同效应等,制备了

具有较高催化性能和良好电容性能的无机-有机复合膜。并尝试在聚合物分子链

上引入亲水性取代基-S03H,制备了自掺杂聚苯胺(SPAN),以提高聚合物在中性溶

液中的电化学性能。

本论文主要包括以下内容：1.在含有钼酸铵和苯胺的溶液中,采用循环伏安

法在碳布电极上制备了MoOx/PANI复合膜修饰电极,运用X-射线光电子能谱

(XPS)、红外光谱(FTIR)及循环伏安法(CV)等手段对复合膜进行了表征。研究表

明,分散在导电聚苯胺的三维网络内有效束缚了MoOx的溶解,提高了其稳定性。

运用循环伏安和计时电流技术研究了C103-在MoOx/PANI修饰电极上的电催

化还原。结果显示,在MoOx和PANI的协同催化作用下,MoOx/PANI复合膜修饰电

极对C103-的还原表现出优异的电催化性能。

在5μM～10mM范围内,响应电流与C103-浓度呈现良好的线性关系,灵敏度

为21.59mA/mM,检出限为1.3μM(S/N=3)。2.采用循环伏安法,在H2SO4溶液中

对碳布电极进行功能化。

采用XPS、FTIR对功能化碳布(FC)表面的官能团进行表征。采用激光共聚焦

显微镜考察功能化碳布的粗糙度。

并考察了硫酸浓度对碳布功能化及表面粗糙度的影响。在2MH2SO4溶液中

制备的功能化碳布(FC-2M)的功能化程度、粗糙度均高于在0.5MH2SO4溶液中

制备的功能化碳布(FC-05M)。

大的比表面积有利于双电层的形成,且碳布表面引入的官能团可以发生氧化

还原反应而产生法拉第准电容,因此功能化碳布的电容要远大于未处理的碳布。

3.采用恒电位阶跃技术,在功能化碳布电极上沉积自掺杂聚苯胺(SPAN),考察了

SPAN/FC的电容性能。

SPAN链上的-S03H等亲水基团会与=N-上的N掺杂,因此,SPAN在中性溶液中

仍具有电化学活性。SPAN/FC电极在0.5MNa2SO4溶液中,在-0.6～0.6V范围内

的电容为408F·g-1。

4.采用恒电位阶跃技术,在FC上沉积MoOx/SPAN。MoOx/SPAN/FC复合膜电极

在-0.6～0.8V电位范围内,表现出良好的法拉第准电容性能。

以MoOx/SPAN/FC复合膜为正负极组装的对称超级电容器,在0～1.4V范围

内具有较高的电容性能,在1kW-kg-1的功率密度下,能量密度为28.7Wh·kg-1。