第30卷第8期绍兴文理学院学报Vol.30No.82010年6月JOURNALOFSHAOXINGUNIVERSITYJun.2010Ξ循环伏安法电化学合成聚苯胺(河北师范大学化学与材料科学学院,河北石家庄050016)武克忠王庆飞马子川段晓伟李彩宾甄晓燕摘:采用循环伏安法合成聚苯胺,考察了苯胺浓度、要质子酸浓度、质子酸种类对苯胺电化学聚合的影响.实验结果表明,聚苯胺的聚合速度随着苯胺浓度的增加、质子酸浓度的增加而增加;不同质子酸介质对聚苯胺的聚合速率有不同影响.关键词:聚苯胺;电化学聚合;循环伏安中图分类号:O646文献标识码:A文章编号:1008-293X(2010)08-0024-04聚苯胺(Polyaniline,PAN)是一种导电能力较强的聚合物,由于具有多样的结构、独特的掺杂机制、良好的稳定性以及单体价廉易得、合成简单等优点,被认为是最有应用前景的一种导电高分子材料.将PAN的电化学合成引入大学生实验课堂,是因为PAN的电化学合成简单易行,在本科生实验课的一次时间单元中就可以完成;另一方面,电化学聚合得到的PAN膜会随着外加电压的变化而发生颜色变化,在给学生有趣的感性知1识的同时,还可以有助于同学了解导电聚合物的基本性质〔〕为此本文采用循环伏安法合成聚苯胺,设计并.完成PAN的电化学合成.考查了苯胺浓度、质子酸浓度、质子酸种类对苯胺电化学聚合的影响.1试剂与仪器电化学仪器为上海辰华CHI660B电化学工作站.电化学测试实验采用三电极体系,工作电极为环氧树脂涂封的光谱纯圆柱形石墨棒(d=8mm,上海炭素厂),用其截面为工作面.每次实验前,工作电极依次用1000#和1200#的金相砂纸打磨光滑,经二次去离子水清洗干净后使用.辅助电极为碳棒电极,参比电极为饱和甘汞电极(SCE).本文中的电位值如不特别指明均相对于SCE.苯胺(An)、、2SO4、3、4等均为分析纯,北京化学试剂公司出品.苯胺经减压二次蒸馏后使HClHHNOHClO用,各种溶液用去离子水二次蒸馏配制.2结果与讨论2.1聚苯胺的循环伏安电沉积应用循环伏安的方法,控制电势范围在-0.2～0.9V之间,以50mV/s的扫描速度,在含0.2mol/L苯胺的0.5mol/L的HCl溶液中电化学聚合苯胺.图1为聚合苯胺溶液的循环伏安图.从图中看到,循环伏安曲线上出现三对可逆的氧化还原峰.峰a代表着全还原态聚苯胺的生成,峰a’为其相应的还原峰;峰b代表着中间氧化态聚苯胺的生成,即含有苯二胺和醌二亚胺结构的聚苯胺,峰b’为其相应的还原峰;峰c代2表着全氧化态聚苯胺的生成,峰c’为其相应的还原峰〔〕随着苯胺聚合圈数的增多,循环伏安曲线上的峰.电流逐渐增大,这是由于聚苯胺对苯胺的聚合有催化作用,使苯胺不断聚合到电极表面.相应于三对可逆的氧化还原峰,PAN有4种存在形式,并可以非常快地进行可逆的电化学相互转化.完全还原形式的无色盐可在低于-0.2V时得到,翡翠绿在0.3-0.4V时得到,翡翠基蓝在0.7V时得到,而紫色的完全氧化形式在0.8V时得到.因此,可通过改变外加电压实现翡翠绿和翡翠基蓝之间的转化.Ξ收稿日期:2010-05-10基金项目:河北省本科教学质量与教学工程项目资助;河北师范大学第八批精品课建设项目资助(No.JPK0810);河北师范大学第十批教学改革项目资助.作者简介:武克忠(1968-),男,河北沧县人,教授,博士,主要从事物理化学实验教学工作.第8期武克忠王庆飞马子川等:循环伏安法电化学合成聚苯胺252.2合成条件对聚苯胺成膜的影响聚苯胺电沉积时,主要受电极材料、单体浓度、电解质酸度、电化学参数设定等因素的影响.聚苯胺聚合过程中,沉积量的多少可由阴极沉积电荷电量Q来表征,而Q与循环次数N(N也代表沉积时间)的比值3代表着聚苯胺的沉积速率.通过对苯胺聚合时的循环伏安曲线进行数据处理,可以得到阴极电量Q〔〕.2.2.1苯胺浓度对聚苯胺成膜的影响聚苯胺的沉积先由苯胺氧化成低聚物,再进一步自催化生成高聚物.一般认为苯胺的电化学聚合和化学聚合类似,苯胺先氧化成苯胺正离子自由基,然后进行自由基聚合,因此均要经过一个诱导期.当苯胺浓度较低时,电解开始时产生的苯胺自由基离子较少,此时存在一个明显的诱导期;苯胺浓度越高,电解时产4生的苯胺正离子自由基就越多,电聚合速率就显得较快〔〕图2说明在循环次数相同的情况下,也即在相.同的沉积时间内,当苯胺浓度从0.1mol/L增加到0.5mol/L时,用于沉积聚苯胺的电量Q随浓度的增加而增加,且聚苯胺沉积的速率也随着单体浓度的增加而大幅度提高.从图中我们还可以看出当苯胺的浓度大于0.2mol/L后,当聚苯胺沉积的量到达一定程度后,沉积电量急剧下降,而后又逐渐升高.另