纳米纤维状导电聚苯胺的制备与应用研究

作     者：焦树强 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：旷亚非

授予年度：2003年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070305[理学-高分子化学与物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

主      题：脉冲电流 纳米纤维聚苯胺 电化学性能 甲醇氧化电催化 超电容 复合膜 

摘      要：本文以不锈钢为基底材料，首次采用脉冲电流方法成功地在硫酸或硝酸水溶液中合成出具有纳米纤维结构的导电聚苯胺膜(PANI)。论文采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱以及电化学方法对膜层的聚合条件、微观结构、电化学性能进行了详细的研究讨论。结果表明，PANI膜是由直径约为100nm的掺杂态聚苯胺纤维交织而成，由于膜层有着巨大的比表面和较小的离子迁移阻力而比颗粒状聚苯胺具有更为优异的电化学性能;脉冲电流合成条件显示，脉冲占空比、频率、平均电流密度以及苯胺单体浓度、溶液温度等对膜层的显微形貌结构以及相应电化学活性均会产生一定的影响。当脉冲通断比为1：1(硫酸体系)、10：1(硝酸体系)，频率为10Hz，平均电流为1～3mA／cm，电解液温度为20℃，苯胺单体浓度为0.3～0.4mol／L时，脉冲电流法聚合获得的纳米纤维聚苯胺具有最好的微观形貌和电化学性能。 论文以纳米纤维状聚苯胺为基础，探讨了其在电化学催化、电化学储能以及PANI／金属复合材料等方面的应用。研究结果表明，以纳米纤维状PANI为Pt催化剂的载体，可制备出对甲醇氧化具有优异电化学催化活性的电极材料，并就Pt颗粒的沉积方法和电极材料的微观形貌等因素对电催化性能的影响进行了研究讨论;以纳米纤维PANI／不锈钢电极作为超电容的材料，可制得比电容高达608F／g的超级电容器;这种新型的超级电容器较之目前广泛研究的活性炭、碳凝胶、RnO等电极材料在电容容量及电极制备方面有着更大的优势有着良好的市场应用前景。首次采用循环伏安或换向脉冲电流方法合成出PANI／Ag复合电极材料。证明这种PANI／金属复合材料具有比PANI膜更好的电化学活性，并就PANI／Ag复合膜制备条件及影响因素进行了较详细的研究。