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1、-范文最新推荐- 聚3, 4-乙撑二氧噻吩氧化石墨烯杂化材料制备及传感应用研究 摘要在众多导电高分子材料中，噻吩类导电聚合物聚3, 4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）不仅有优异的电磁学性能、良好的机械加工性能，而且具有电/化学性质稳定，导电效率高等优点。通过电化学聚合法制备了导电聚3, 4-乙撑二氧噻吩/氧化石墨烯修饰电极，同时利用循环伏安扫描、差分脉冲伏安、交流阻抗等对PEDOT/氧化石墨烯杂化材料的电化学性能进行了表征，讨论实验各参数对其电化学性能的影响。采用红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）对掺杂导电高聚物膜进行表征。最后还进行了PEDOT/氧化石墨烯修饰电极对吡虫啉的电化学响应
2、的研究。8399关键词聚3, 4-乙撑二氧噻吩氧化石墨烯杂化材料电化学性能8399毕业设计说明书（论文）外文摘要TitlePreparation and sensing application ofpoly(3,4-ethylenedioxythiophene)/graphene oxide hybrid materialAbstractAmong various conducting polymers,the thiophene conducting polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene) not only has excellent electro
3、magnetism performance and good mechanical processing performance,but also has electric/chemical stability,conductive high efficiency.Conductive poly(3,4-ethylenedioxythiophene) modified electrodes were synthesized through electrochemical polymerization and the electrochemical properties of PEDOT/GO
4、hybrid materials were characterized by means of cyclic voltammetry,differential pulse voltammetry,AC impedance and so on.The influence of the experimental parameters on the electrochemical properties of the electrodes was discussed.Fourier transform infrared spectroscopy and Raman spectra were used
5、to characterize the PEDOT/GO conductive polymer film.The last research was the electrochemical response of PEDOT/graphene oxide modified electrodes to imidacloprid. 1.1.2氧化石墨的应用前景1885年，Brodie首次制备出氧化石墨。氧化石墨是布朗斯特（Bronst）酸-石墨层间化合物（GICs）在强氧化剂氧化并经水解而成的共价键型石墨层间化合物。氧化石墨是一种层间距远大于石墨的层状化合物，有较好的层间吸附性和丰富的嵌入化学性，
6、是碳材料领域的一个新的发现，具有重要的科学意义。最近20年以来，人们继续致力研究氧化石墨结构的同时，也掀起了对氧化石墨应用研究的热潮。1.2导电高聚物1.2.1导电高聚物概念所谓导电高分子是由一些具有共轭π键的聚合物经化学或电化学掺杂后形成的、导电率可从绝缘体延伸到导体范围的一类高分子材料。1.2.2导电高聚物导电机理导电聚合物的导电过程是通过载流子在电场作用下的定向迁移实现的。聚合物中的自由电子或空穴可充当载流子的作用。因此，在聚合物也内部有定向迁移能力的自由电子或空穴是聚合物导电的关键。从导电聚合物研究中的大量试验事实得出结论，导电聚合物分子结构应该具有的必要条件是：分子链应该是一个
7、大π共轭体系（共轭双键或共轭双键与未带有未成键P轨道的杂原子N、S等偶和）；每个链的重复单元与加入到材料中的对离子之间有一定程度的电荷转移。与金属导电需要自由电子和供电子运动的轨道一样，聚合物导电也需要有电荷载体和可供电荷载体自由移动的分子轨道。由于大多数聚合物本身不具有电荷载体，导电聚合物所必须的电荷载体是有掺杂过程提供的，而大多数聚合物链中的共轭结构则是这些电荷载体的自由移动提供了分子轨道。1.2.3导电高聚物合成方法导电聚合物是由大π共轭结构构成的，因此导电聚合物的制备就是围绕着如何通过化学方法形成这种结构。从制备方法上划分，分为化学聚合和电化学聚合两大类。化学聚合法还可以进
8、一步分成直接法和间接法。直接法师直接以单体为原料，一步合成大π共轭结构。而间接法在得到聚合物后需要一个或多个转化步骤，在聚合物链上形成共轭结构。而电化学合成法一般有恒电流法、恒电位法、差分脉冲法、循环伏安法等。 导电聚合物之所以引人注目，不仅是因为它具有好的电性能，而且还在于它具有不寻常的光学特性。导电高聚物具有好的非线性光学性能，它的非线性光学系数大，响应速度快。由于非线性光学材料具有波长变换、增大振幅和开关记忆等许多功能，因此作为21世纪信息处理和前所未有的光计算基本元件而特别令人关注。另外，导电聚合物还是光折变和光限幅材料。人们早已确认了氧化还原蛋白质的存在，后来随着对金属蛋白质立
9、体结构的了解，蛋白质内部的电子转移的研究工作也活跃起来。最新研究发现，DNA具有导电性。因此，与生命科学相结合，导电聚合物可以用来制造人造肌肉和人造神经，这将是导电聚合物在应用上的又一重大突破。1.3聚3, 4-乙撑二氧噻吩PEDOT（聚3, 4-乙撑二氧噻吩）是一种杂环类导电聚合物，20世纪90年代由德国Bayer A G在实验室首次合成。近十几年来人们对其结构特征、制备机理、电学性能和实际应用等开展了广泛的研究。20世纪70年代，自Shirakawa发现聚乙炔具有高电导率以来，导电聚合物就引起了科学家的广泛兴趣。PEDOT及其衍生物以其优良的导电性能，在抗静电涂层、固体电解电容器及有机光电
10、子领域得到了广泛的应用，是当今导电聚合物材料研究的热点之一。1.3.1PEDOT结构及性能单体分子EDOT及PEDOT结构如图1.1所示：图1.1 PEDOT和EDOT分子结构单体的3和4位都被醚基取代，使聚合反应控制在2和5位上进行而得到线性的、共轭缺陷极少的分子主链；而且醚基使单体和聚合物的氧化电势得以降低，聚合反应更容易进行，有利于分子主链在氧化还原的循环过程中保持稳定。单体特殊的结构使PEDOT具有很多特性，主要包括以下几方面。(1)噻吩基的3,4位取代能阻止单体聚合时α与β位和β与β位交联，使PEDOT更易形成线性共轭结构。(2)2个与噻吩基
11、联接的氧能与S原子形成很弱的0-S键，这种键促进了PEDOT分子的平面化和离域π电子平均化，使得分子能隙减小。(3)氧的强供电性使聚合电压大幅下降且PEDOT氧化态极其稳定。这些特性使PEDOT具有优良的导电性和电致变色性能。 1.3.3研究现状及应用前景1.4本文研究的主要工作1.制备PEDOT/GO薄膜采用三电极体系电化学聚合方法，通过单因子变量法研究聚合时的循环伏安扫描圈数，修饰薄膜的GO还原和PEDOT过氧化对PEDOT/GO电极电导率的影响。预处理玻碳电极后，在含有一定量的EDOT单体、GO的水溶液中，进行电化学聚合。2.PEDOT/GO聚合薄膜的表征采用红外光谱（FT-IR）
12、、表面增强拉曼光谱（Raman）对掺杂导电高聚物膜进行表征，并且电聚合制备的修饰电极在铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液中测试循环伏安曲线、差分脉冲伏安、交流阻抗等电化学表征。3.PEDOT/GO薄膜对吡虫啉的检测响应聚合得到的修饰电极在一定浓度的吡虫啉溶液中，采用循环伏安，差分脉冲伏安进行测试，研究聚合薄膜对吡虫啉的响应。2聚3, 4-乙撑二氧噻吩/氧化石墨烯杂化材料的制备及表征2.1实验部分2.1.1仪器Nicolet Nexus 670傅立叶变换红外分光光度计（Thermo Electron Co., 美国），T6400拉曼光谱仪（JobinYvon，法国），电化学工作站（上海辰华仪器有限公司），
13、KQ1148超声清洗器，FC104电子天平，氧化铝麂皮，移液枪（2-10 μL），烧杯，容量瓶，玻璃棒等。2.1.2试剂表2.1 实验所需试剂试剂纯度生产厂家3, 4-乙撑二氧噻吩分析纯Sigma-Aldrich公司铁氰化钾分析纯广东汕头市西陇化工厂亚铁氰化钾分析纯上海凌锋化学试剂有限公司氯化钾分析纯南京化学试剂一厂磷酸氢二钠分析纯南京化学试剂一厂 图2.1为预处理后的玻碳电极在溶液4中聚合的循环伏安图，从图中第一圈CV曲线可知，氧化曲线在约0.8 V时开始增大，说明在该电位下EDOT开始氧化，接着氧化电流增大至1.2 V。聚合一个循环后，可以得到一层附着于玻碳电极表面的褐色薄膜。 聚3, 4-乙撑二氧噻吩氧化石墨烯杂化材料制备及传感应用研究(5): 11 / 11
