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1、华 中 科 技 大 学硕 士 学 位 论 文聚 吡 咯 薄 膜 的 电 化 学 制 备 和 性 能 研 究姓 名 ： 薛 晓 康申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 应 用 化 学指 导 教 师 ： 郭 兴 蓬20050510摘 要电 化 学 聚 合 合 成 了 聚 吡 咯 膜 构 建 了 以 铂 丝 为 基 体 的 电 位 型 聚 吡 咯 (PPy)pH 传 感器 利 用 红 外 光 谱 和 紫 外 可 见 光 谱 表 征 未 掺 杂 (Pt/PPy) 掺杂对甲苯磺酸钠Pt/PPy(TsO-) 掺杂碳酸氢根聚吡咯膜 Pt/PPy(HCO3-) 的 结 构 并 且 利 用 电 化 学阻
2、 抗 技 术 探 讨 聚 吡 咯 膜 的 电 化 学 阻 抗 谱 特 征 Pt/PPy 表现出了良好的电位响应特性在 pH 为 310 的范围内 其 能 斯 特 斜 率 为 49.32mV/pH 良 好 的 线 性 r=-0.9971 以及较短的响应时间 并且对常规阳离子 K+ Na+ 有较小的选择性系数 实验结果表 明 未 掺 杂 的 聚 吡 咯 (Pt/PPy)对 H+响应的能斯特斜率 转 换 系 数 和 掺 杂 HCO3-离 子的 Pt/PPy(HCO3-) 相 差 不 大 但 掺 杂 TsO-离 子 的 Pt/PPy(TsO-) 要 小 得 多研 究 了 经 电 化 学 聚 合 得 到
3、 的 聚 吡 咯 在 碱 性 溶 液 中 的 降 解 行 为 利 用 计 时 库 仑 法 和循 环 伏 安 法 研 究 Pt/PPy 电极在酸性和碱性溶液中的氧化还原性 在酸性溶液中 PPy表 现 出 稳 定 的 电 化 学 活 性 但 在 碱 性 溶 液 中 PPy 电 化 学 稳 定 性 降 低 电 化 学 活 性 衰减 红 外 光 谱 和 紫 外 可 见 光 谱 分 析 表 明 聚 吡 咯 在 碱 性 溶 液 中 OH-不仅进攻聚吡咯 位形 成 羰 基 而 且 OH-还 有 可 能 进 攻 聚 吡 咯 位 形 成 羧 基 而 导 致 聚 吡 咯 的 降 解研究了石墨和铂丝基体上电化学聚合
4、的聚吡咯膜的电化学性能 探讨了阴离子在聚 吡 咯 膜 中 的 嵌 入 /脱 嵌 机 理 利用扫描电镜观察了石墨/ 聚 吡 咯 铂 丝 /聚 吡 咯 石 墨 /聚 吡 咯 /碳 纳 米 粉 电 极 表 面 形 貌 的 差 异 利 用 循 环 伏 安 法 和 电 化 学 阻 抗 研 究 了 这 些 电 极在 0.1mol/L LiClO4 水 溶 液 0.1mol/L LiClO4 乙 腈 溶 液 0.1mol/L LiClO4 1,2-丙 二 醇 碳酸酯溶液中的电化学性能 循环伏安曲线表明石墨/ 聚 吡 咯 石 墨 /聚 吡 咯 /碳 纳 米 粉 电极 具 有 氧 化 还 原 性 氧化还原过程中
5、石墨/ 聚吡咯电极的积分电量多于铂丝/ 聚吡咯的积 分 电 量 在 Li+水 溶 液 中 石 墨 /聚 吡 咯 电 极 的 积 分 电 量 较 纯 石 墨 电 极 的 积 分 电 量 多41.59 石 墨 /聚 吡 咯 /碳 纳 米 粉 电 极 的 积 分 电 量 较 纯 石 墨 电 极 的 积 分 电 量 多 70.54石 墨 /聚 吡 咯 电 极 在 不 同 的 电 解 质 溶 液 中 的 电 荷 转 移 电 阻 都 比 铂 丝 /聚 吡 咯 电 极 的 明 显减小 并且石墨/ 聚吡咯电极在不同的电解质溶液中的双电层电容要大于铂丝/ 聚吡咯电 极 的 双 电 层 电 容关 键 词 聚 吡
6、咯 电 化 学 聚 合 电 化 学 性 能 pH 传 感 器IAbstractA pH sensor was fabricated from polypyrrole (PPy) on Pt wire. PPy was preparedelectrochemically using 0.1mol/L Py aqueous solution with and without 0.1mol/L NaHCO3or 0.1mol/L TsONa, and characterized by infrared absorption spectrum (IR), UV-visspectrum and elec
7、trochemical impedance spectroscopy (EIS). The electrochemicallysynthesized non-doped PPy as pH-indicator electrode gave satisfactory potentiometricproperties: sub-Nernstian response with a slope, of 49.32mV/pH at buffer solutions of pH 3to 10, excellent linearity, of -0.9971, and relatively fast res
8、ponse time and less by far ionicselective coefficient to conventional positive ions such as K+ and Na+. It was indicated thatsub-Nernstian response slope and transform coefficient of Pt/PPy approximated to those ofPPy doped with HCO3-, which were by far larger than those of PPy doped with TsO- .The
9、degradation mechanism of conducting polypyrrole(PPy) in basic solution wasstudied by using Chronocolometry and Cyclic voltammetry(CV) FTIR spectroscopyUV-vis spectroscopy. There was a pair of redox current peaks on CV for Pt/PPy electrodein acid solution. However the redox activity of PPy decreased
10、observably due todegradation of PPy in basic solution. FTIR spectroscopy and UV-vis spectroscopyindicated that degradation of PPy was relative to change of structure of PPy in basicsolution. The degradation of PPy was ascribed to attack of OH- ion. OH- ion not onlyattacks on -position of PPy to form
11、 carbonyl group but also attacks on -position to formcarbonyl group.Electrochemical properties of PPy electropolymerized on graphite and Pt wire werestudied, and the mechanism of anion intercalation/extraction in PPy was investigated.Scanning Electron Microscope (SEM) was used to analyze structural
12、difference ofgraphite/PPy, Pt/PPy and graphite/PPy/CNP electrodes. Cyclic voltammetry (CV) andElectrochemical impedance spectroscopy (EIS) were applied to study these electrodes in0.1mol/L LiClO4 aqueous solution, 0.1mol/L LiClO4 CH3CN solution and PC solution.Cyclic voltammetry showed that graphite
13、/PPy and graphite/PPy/CNP electrodes displayedredox activity. From redox processes the calculated Coulomb of graphite/PPy electrode wasIImore than that of Pt/PPy electrode. In Li+ aqueous electrolyte calculated Coulomb ofgraphite/PPy electrode was more than that of bare graphite by 41.59 , and calcu
14、latedCoulomb of graphite/PPy/CNP electrode was more than that of bare graphite by 70.54 .The charge transfer resistance of graphite/PPy electrode in different electrolyte was smallerthan that of Pt/PPy electrode obviously, besides the double layer capacitance of the formerwas larger than that of the
15、 latter in corresponding electrolyte.Keywords polypyrrole, electropolymerization, electrochemical properties, pH sensorIII独 创 性 声 明本 人 声 明 所 呈 交 的 学 位 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研究 成 果 尽 我 所 知 除 文 中 已 经 标 明 引 用 的 内 容 外 本 论 文 不 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集体 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 对 本 文 的
16、 研 究 做 出 贡 献 的 个 人 和 集 体 均 已 在 文 中以 明 确 方 式 标 明 本 人 完 全 意 识 到 本 声 明 的 法 律 结 果 由 本 人 承 担 学位论文作者签名 薛晓康2005 年 5 月 13 日学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 学 校 有 关 保 留 使 用 学 位 论 文 的 规 定 即 学 校 有 权 保留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 本人 授 权 华 中 科 技 大 学 可 以 将 本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索可 以 采 用 影 印 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 本论文属于保 密 在 年解密后适用本授权书不保密
