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物理化学学报 2007年第3期23卷 404-408页

作者：陈红香周剑章席燕燕蓝碧波冯增芳姚光华林仲华厦门大学化学系厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室福建厦门361005

利用三明治电池和伏安法测试了不同制备条件的Nafion基氧化还原聚合物膜在空气中的电荷传输性能.研究结果表明,混合适量聚乙二醇(PEG)的Nafion基金属联吡啶配合物｛Nafion[M(bpy)23+,PEG](M=Ru,Fe)｝膜的表观电荷传递扩散系数(Dct)达到1... 详细信息

利用三明治电池和伏安法测试了不同制备条件的Nafion基氧化还原聚合物膜在空气中的电荷传输性能.研究结果表明,混合适量聚乙二醇(PEG)的Nafion基金属联吡啶配合物｛Nafion[M(bpy)23+,PEG](M=Ru,Fe)｝膜的表观电荷传递扩散系数(Dct)达到10-6-10-7cm2·s-1,电子或空穴迁移率(μ)达到10-4-10-5cm2·V-1·s-1.在导电玻璃(ITO)电极与Nafion基氧化还原聚合物膜界面引入一层导电聚苯胺(PANI)后,降低了其接触电阻,使氧化还原聚合物膜的Dct提高至10-5-10-6cm2·s-1,μ提高至10-3-10-4cm2·V-1·s-1,且工作电流提高了近两个数量级.该固态氧化还原聚合物膜的性能比较稳定,在空气中放置30天后其Dct和μ降低得很少.

关键词：全氟磺酸质子交换树脂氧化还原聚合物有机电荷传输材料电荷传递扩散系数

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Nafion基氧化还原聚合物在空气中的电荷传输性能

Nafion基氧化还原聚合物在空气中的电荷传输性能

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作者：陈红香厦门大学

学位级别：硕士

氧化还原聚合物是一种新型有机电荷传输(既传输电子又传输空穴)材料。由Bard和Murray提出的氧化还原聚合物,主要应用于在溶液环境中工作的化学修饰电极。虽然Murray等后来合成了多种聚配合物氧化还原聚合物并且研究了其在固态下的电荷... 详细信息

氧化还原聚合物是一种新型有机电荷传输(既传输电子又传输空穴)材料。由Bard和Murray提出的氧化还原聚合物,主要应用于在溶液环境中工作的化学修饰电极。虽然Murray等后来合成了多种聚配合物氧化还原聚合物并且研究了其在固态下的电荷传递性质,但是这些材料要求在极性的有机溶剂中工作,不适用于要求在空气中工作的发光器件和太阳能电池等光电器件。鉴于以上问题,本论文的工作重点是制备能在空气中工作的新型的固态或者准固态有机电荷传输材料-Nafion基氧化还原聚合物,进一步提高其电荷传输性能,及发展适用的传荷性能表征方法。主要进行了以下几部分工作:(1)利用不同方法合成多种Nafion基氧化还原聚合物膜及用于表征其电荷传输性能的三明治电池,并且测量其基本物理参数;(2)利用三明治电池、采用循环伏安法和交流阻抗方法测定Nafion基氧化还原聚合物膜和电池的电荷传输性能。研究取得以下主要成果: 一、利用两种方法合成Nafion基氧化还原聚合物膜利用先成膜后交换和先交换(同时加入PEG)后成膜两种方法制备Nafion基氧化还原聚合物膜。Nafion[M(bpy)32+](M=Ru,Fe)氧化还原聚合物固体膜的厚度约15μm,Nafion[M(bpy)32+,PEG](M=Ru,Fe)膜的平均厚度约为20μm。后一种方法制作的三明治的短路几率显著减小。Nafion膜中H+位浓度为.13 mol.L-1。二、建立了利用三明治电池、采用循环伏安法和交流阻抗方法评价膜及电池的电荷传输性能的方法。 (1)建立伏安法评价ITO/Nafion[M(bpy)32+,PEG]/Au(M=Ru,Fe)三明治电池中Nafion基氧化还原聚合物膜在大气环境中工作的电荷传输性能的数据处理方法。实验结果表明:两种膜的表观电荷传递扩散系数的Dct和μ在数量级上比较接近, Dct为10-70-6 cm2·s-1 ,电子或空穴迁移率μ为10-50-4 cm2·V-1·s-1。 (2)交流阻抗法研究表明:三明治电池的二个电极具有相似的等效电路,等效电路包含电化学反应电阻,Warburg阻抗和与界面双层有关的常相位角元件,膜的体相表现为欧姆电阻。实验结果表明:Nafion[Ru(bpy)32+,PEG]膜的Dct为10-8 0-7cm2·s-1,电子或空穴迁移率μ为10-70-6 cm2·V-1·s-1。 (3)采用循环伏安法和交流阻抗法表征膜得到的Dct有一定的差异,主要因二种方法的测量过程中氧化位和还原位浓度不同。三、在电极ITO与Nafion基氧化还原聚合物膜界面引入了导电聚苯胺层以提高膜和电池的电荷传输性能。 (1)循环伏安方法结果表明:在电极ITO与Nafion基氧化还原聚合物膜界面引入了导电聚苯胺层后ITO/PANI/Nafion[M(bpy)32+,PEG]/Au(M=Ru,Fe)固态三明治电池中的Nafion基氧化还原聚合物膜的Dct和μ均有不同程度的提高,且工作电流提高了近两个数量级,其电荷传输性能与TPD等传统的有机电荷传输材料接近。Nafion基氧化还原聚合物膜的性能比较稳定,在空气中30天后其Dct和μ的数量级相近,性能下降不大。 (2)交流阻抗法结果表明:电极ITO与氧化还原聚合物膜界面加入导电PANI层后,能有效地减少电池各个部分的阻抗,其中接触阻抗消失、ITO电极上的电荷反应电阻和Warburg阻抗减小。Nafion[Ru(bpy)32+,PEG]膜的Dct为10-70-6 cm2·s-1,电子或空穴迁移率μ为10-50-4cm2·V-1·s-1 (3)研究了在ITO电极与氧化还原聚合物膜之间加入三种不同氧化还原态聚苯胺薄层,交流阻抗法结果表明,只有导电态的聚苯胺才能改善电荷传输性能。

关键词：全氟磺酸质子交换树脂氧化还原聚合物有机电荷传输材料电荷传递扩散系数

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