导电聚合物的制备及其电催化性能研究博士论文

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1、浙江工业大学博士学位论文导电聚合物的制备及其电催化性能研究姓名：李美超申请学位级别：博士专业：工业催化指导教师：马淳安20060415浙江丁业大学博上学位论文导电聚合物的制备及其电催化性能研究摘要导电聚合物具有独特的电化学和化学性能，广泛应用于电池、传感器、腐蚀防护和电催化材料等领域。聚苯胺(PAN)和聚吡咯(PPy)等导电聚合物具有价格低廉、易合成等优点，电催化性能是导电聚合物的重要性能之一。本论文主要研究导电聚合物对有机小分子及氨基酸的电催化性能，研究内容包括以下五个方面。采用循环伏安法制备了一种新型的导电聚合物一苯胺和环氧丙烷导电高分子共聚物(弹N—PPO)

2、，并对其可能的共聚机理进行了探讨。采用扫描电子显微镜(SEM)和差热分析等方法对聚合物的形貌和热稳定性进行了表征，同时探讨了该共聚物对甲醇和甲酸的电催化氧化作用。结果表明，在相同的条件下，PAN—PPO的电聚合速率和电导率均高于PAN；PAN—PPO具有均匀的纳米纤维网状结构，纤维直径小于70nm；PAN—PPO的热分解温度略低于PAN；PAN—PPO对甲酸和甲醇具有较好的电催化活性。在1一乙基咪唑三氟乙酸(HEImTfa)、1一丁基．3．甲基咪唑硫酸氢盐(BMImHS04)和l一丁基一3一甲基咪唑磷酸二氢盐(BMImH2P04)等离子液体中合成了P：AN和PAN

3、—PPO，并采用红外光谱和SEM技术对其进行表征，同时研究了它们对有机小分子的电催化活性。结果表明，在HEImTfa离子液体中合成的PAN(PAN—HEImTfa)，由均匀规则的纳米结构组成，与在硫酸水溶液中合成的PAN相比，PAN．HEImTfa对甲酸、甲醛和草酸具有较好且稳定的电催化活性；在BMIHS04中，采用循环伏安法合成PAN．PPO(PAN—PPO．BMIHS04)，PAN．PPO—BMIHS04由直径小于80nln的纳米纤维组成，对草酸具有较好的电催化性能；在BMIH2P04中，采用循环伏安法合成了PAN．PPO(PAN．PPO—BMIH2P04)，

4、其结构致密，由直径约为100nm的纳米纤维组成，对草酸具有一定的电催化活性。同时，研究发现离子液体的粘度对导电聚合物的合成及其电催化活性的影响较大。上述三种离子液体的粘度大小顺序为BMImH2P04>BMI]-IS04>HEImTfa，PAN和PAN—PPO在离子液体中的电聚合浙江工业人学博士学位论文导电聚合物的制备及其电催化性能研究容易程度顺序为HEImTfa>BMIHS04>BMImH2P04，而所得到的导电聚合物的纳米结构尺寸大小顺序为PAN—PPO．BMIH2P04>PAN．PPO．BMmS04>PAN-HEImTfa，电催化活性顺序为PAN—HEImTf

5、a>PAN-PPO-BMIHS04≈PAN-PPO—BMIH’2P04。在导电聚合物上修饰铂微粒，通过铂颗粒和导电聚合物的协同作用，有利于改善其电催化活性，减少铂颗粒的用量。本论文采用循环伏安法在预先合成的PAN—PPO上负载铂颗粒(Pt肥悄一PPO)，Pt颗粒大小约为60nm。研究发现Pt／PAN．PPO对赖氨酸和甘氨酸具有较高的电催化活性，铂的沉积周数不宜超过9周。在离子液体HEImTfa中合成PPy(PPy—HEImTfa)，研究了不同电聚合方法和基底电极对PPy的电聚合速度、形貌特征和电催化性能的影响。采用循环伏安法制备Pry—HEImTfa，以铂电极为基

6、底电极时得到的PPy—HEImTfa颗粒较不锈钢基底时的小，而且其电聚合速度和电催化活性均大于在不锈钢基底电极上合成的PPy．HEImTfa。当在同一铂电极上制备PPy—HEImTfa，采用恒电流方法制备的聚合物颗粒直径比循环伏安法小得多。由于纳米碳管具有良好的导电性，高稳定性和良好的机械性能，本文采用循环伏安法制备了PPy和纳米碳管复合电极(PPy／CNT)，并研究了PPy／CNT复合电极的电催化性能。结果表明：以铂为基底电极时PPy／CNT复合电极对草酸的电催化性能较好；而当以不锈钢为基底时，PPy／CNT复合电极对草酸也表现出一定的电催化活性，但其活性较铂电

7、极上的PPy／CNT差。关键词：聚苯胺，聚吡咯，环氧丙烷，纳米碳管，离子液体，电催化1l浙江1=业人学博十学位论文导电聚合物的制备及其电催化性能研究AbstractConductingpolymers，whichexhibitawiderangeofnovelelectrochemicalandchemicalproperities，havebeenemployedinavarietyofapplications，suchasbatteries，sensors，antistaticcoatings，electrocatalystsand80on．Conducing

8、polym