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聚苯胺基金属纳米复合材料的电化学制备与应用研究

聚苯胺基金属纳米复合材料的电化学制备与应用研究

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作者：宁晓辉湖南大学

学位级别：硕士

有机导电聚合物具有优良的物理化学性能,在电化学催化、化学生物传感、电化学电容等诸多领域有着广泛的应用前景。在众多的有机导电聚合物中,聚苯胺(PANI)由于原料廉价易得、合成简单、电导率较高、环境稳定性好等特点已成为当今研究的... 详细信息

有机导电聚合物具有优良的物理化学性能,在电化学催化、化学生物传感、电化学电容等诸多领域有着广泛的应用前景。在众多的有机导电聚合物中,聚苯胺(PANI)由于原料廉价易得、合成简单、电导率较高、环境稳定性好等特点已成为当今研究的热点。近年来,随着纳米技术和复合材料的飞速发展,一些具有纳米尺寸的导电聚苯胺复合膜已被成功地合成出来,这种具有特殊结构的导电聚苯胺可望在保持聚苯胺原有性能的基础上进一步拓展其功能特性。本论文分别采用脉冲电流技术(PGM)和不对称方波电流法(USWM)合成了具有纳米纤维结构的金属-聚苯胺复合膜,并就其在电化学催化领域的应用展开了研究,论文主要研究结果如下:1.以脉冲电流法制备的纳米纤维状聚苯胺为载体负载Pt-Ru双金属催化剂,制得新型的Pt-Ru/nanofibrous PANI复合膜电极,研究了其对甲醇氧化的电催化性能。电子显微镜(SEM)、能量散射谱(EDS)对复合电极微观形貌结构的研究结果显示,直径50～80nm左右的Pt、Ru颗粒均匀地分散在聚苯胺纳米纤维上。电化学研究结果表明,甲醇在Pt-Ru/nanofibrous PANI复合膜电极上的氧化过程受扩散步骤控制,Pt-Ru/ nano-fibrous PANI复合膜电极对甲醇的氧化有着优异的催化活性和协同催化作用。同时,这种电极具有较好的长期工作能力,具有良好的潜在应用价值。2.采用脉冲电流沉积法制备出Pt颗粒修饰的纳米纤维聚苯胺电极,并研究了这种Pt/nanofibrous PANI复合膜电极对L-半胱氨酸的电化学催化氧化,结果表明Pt/nanofibrous PANI复合膜电极对L-半胱氨酸的氧化有十分良好的催化性能,在0.5V处呈具有良好峰型的氧化峰,此复合膜电极可用作响应灵敏的L-半胱氨酸的电化学电流传感器,线性检测范围为2×10-5M～5×10-3M。同时论文还对Pt载量、pH值、扫描速率等参数对Pt/nanofibrous PANI复合膜电极催化活性的影响进行了有益的研究探讨。3.首次采用不对称方波电流法在含苯胺单体和硝酸银的溶液中一步合成了聚苯胺-Ag纳米复合膜。SEM研究表明,PANI-Ag纳米复合膜以PANI为基层,纳米Ag颗粒均匀地镶嵌于其中,其直径约为几十纳米。电化学实验研究表明,PANI-Ag纳米复合膜电极相对于PANI电极而言,具有更优异的电荷传递性能和电催化性能。此外,电化学聚合参数(阴极电流密度、合成时间)对PANI-Ag纳米复合膜的电化学性能具有一定影响,通过电化学参数的调节可获得电化学性能优异的PANI-Ag纳米复合膜。

关键词：纳米纤维聚苯胺复合膜电化学催化不对称方波电流法

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