电化学方法合成聚苯胺
电化学法制备聚苯胺.
摘要在所有已知导电聚合物中，聚苯胺因其稳定性，可控制的导电率以及氧化还原特性等引起了众多科学家的兴趣，目前已经成为导电聚合物研究的热点。
本文以铂片为电极，用电化学方法来合成聚苯胺。
研究了电极、电解溶液以及扫描速度等因素的改变对聚苯胺膜形貌及电化学可逆性的影响。
在室温条件下的酸性溶液中，以铂片为电极，用苯胺单体作为反应剂，通过循环伏安法制备聚苯胺薄膜。
研究了在不同电解质溶液中聚苯胺的电化学合成及其电化学氧化还原行为电解质溶液组成的关系，重点分析了苯胺单体浓度、质子酸浓度以及阴离子种类、扫描速度对苯胺形态和电化学活性的影响。
结果表明，在苯胺浓度为0.1mol／L，硫酸浓度0.1mol/Ｌ，盐酸浓度为0.5mol／Ｌ的混合溶液中，当扫描速度为0.03V/s时，可获得颗粒均匀度比较高的聚合物。
该聚合物具有很好的氧化还原可逆性。
关键词：导电聚合物；聚苯胺；循环伏安法；可逆性；扫描速度AbstractAmong all conducting polymers, polyaniline has attracted considerable interest for its environmental stability, controllable electrical conductivity, and interesting redox properties. In this paper we have reported the synthesis and characterization of polyaniline deposited in a aniline sulphric acid, electrode and chlohydic acid solution on platinum electrode.Polyaniline films have been synthesized on platinum surface in inorganic acid aniline solution under different conditions such as scan rates and acid concentration. Applying Cyclic voltametry method polymerized polyaniline , inspecting the effects of different preparation conditions on their physical structure and electrochemistry properties. Using SEM for surface morphology characterization, employing XRD for structucal characterization of polyaniline film. The results indicate that polyaniline films synthesized in 0.1 mol/L aniline containing 1.0 mol/L sulfuric acid and 0.5 mol/L hydrochloric acid solution, at the ambient temperature and scan rate 0.03V/s we can get uniform grain exhibit good reversibility.Key words: conducting polymer; polyaniline; cyclic voltametry method; reversibility; scan rate目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第一章文献综述 (1)1.1导电聚合物简介 (1)1.1.1电子导电聚合物 (1)1.1.2聚苯胺的历史及现状 (2)1.1.3聚苯胺研究中存在的主要问题 (3)1.2聚苯胺结构及性质 (4)1.2.1聚苯胺的结构及特性 (4)1.2.2聚苯胺的特殊掺杂机制 (6)1.2.3导电聚苯胺导电机理 (6)1.3聚苯胺的合成 (7)1.3.1电化学合成及基本方法 (8)1.3.2导电聚合物电化学合成机理 (8)1.4聚苯胺的应用 (9)1.4.1导电材料 (9)1.4.2能源材料 (9)1.4.3防腐材料 (10)1.4.4电池屏蔽材料 (11)1.5研究方法 (11)1.5.1线性扫描伏安法(Linear Sweep Voltammetry) (11)1.5.2循环伏安法(Cyclic Voltammetry) (11)第二章电化学方法制备聚苯胺与分析 (13)2.1 实验部分 (13)2.1.1 实验药品及仪器 (13)2.1.2 工作电极制备 (13)2.1.3苯胺酸溶液的制备 (14)2.1.4 聚苯胺合成 (14)2.1.5 实验方法 (14)第三章结果与讨论 (15)3.1 酸性介质的种类及浓度的影响 (15)3.1.1 质子酸种类的影响 (15)3.1.2 质子酸浓度的影响 (18)3.2 苯胺浓度的影响 (20)第四章结论与建议 (23)4.1结论 (23)4.2 建议 (23)参考文献 (25)第一章文献综述1.1导电聚合物简介所谓导电高聚物是由具有共轭π键的聚合物经化学和电化学“掺杂"后形成的，通过“掺杂”使其电导率由绝缘体上升至导体的数量级[1]。
常见导电聚合物
常见导电聚合物导论导电聚合物是一类具有导电性能的高分子材料，具有优异的导电性、机械性能和化学稳定性。
常见导电聚合物广泛应用于电子、能源、传感器等领域。
本文将介绍几种常见的导电聚合物及其应用。
聚苯胺（Polyaniline）聚苯胺是一种有机导电聚合物，具有优异的导电性能和化学稳定性。
它可以通过化学氧化或电化学氧化反应合成。
聚苯胺的导电性主要来自于其共轭结构，其中苯环通过π电子共享形成导电通道。
聚苯胺在导电性能、电化学活性、光学性能等方面具有独特的优势，因此被广泛应用于电池、超级电容器、传感器等领域。
聚苯胺的合成方法1.化学氧化法：将苯胺单体与氧化剂反应，如过氧化氢、过硫酸铵等，生成聚苯胺。
2.电化学氧化法：将苯胺单体溶解在电解质溶液中，通过电化学氧化反应生成聚苯胺。
聚苯胺的应用1.电池：聚苯胺可以用作电池的电极材料，提高电池的导电性和储能性能。
2.传感器：聚苯胺可以用作气体传感器、湿度传感器等的敏感材料，具有高灵敏度和快速响应的特点。
3.超级电容器：聚苯胺可以用作超级电容器的电极材料，具有高能量密度和快速充放电的特点。
聚噻吩（Polythiophene）聚噻吩是一种常见的有机导电聚合物，具有良好的导电性和光电性能。
聚噻吩的导电性来源于其共轭结构，其中噻吩环通过π电子共享形成导电通道。
聚噻吩具有较高的载流子迁移率和较低的能带间隙，因此被广泛应用于有机光电器件、场效应晶体管等领域。
聚噻吩的合成方法1.化学氧化法：将噻吩单体与氧化剂反应，如过氧化氢、过硫酸铵等，生成聚噻吩。
2.电化学氧化法：将噻吩单体溶解在电解质溶液中，通过电化学氧化反应生成聚噻吩。
聚噻吩的应用1.有机光电器件：聚噻吩可以用作有机太阳能电池、有机发光二极管等器件的光电活性层，提高器件的光电转换效率。
2.场效应晶体管：聚噻吩可以用作场效应晶体管的有机半导体层，实现电荷输运和场效应调控。
聚乙炔（Polyacetylene）聚乙炔是一种具有高导电性的聚合物，是导电聚合物研究的先驱。
电化学法合成聚苯胺及其防腐蚀应用——“聚苯胺化学合成”实验的改进与创新设计
大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (3), 336收稿：2023-09-01；录用：2023-11-01；网络发表：2023-11-21 *通讯作者，Email:************ 基金资助：江苏省高等学校自然科学研究面上项目(21KJB430007)；苏州市产业前瞻与关键核心技术项目(SYC2022150)；2020年苏州科技大学校级一流专业建设点项目；2022年苏州科技大学本科品牌专业建设点项目•化学实验•doi: 10.3866/PKU.DXHX202309002电化学法合成聚苯胺及其防腐蚀应用——“聚苯胺化学合成”实验的改进与创新设计蒋莉*，陈昌正，苏洋，宋浩，董延茂，袁妍，李理苏州科技大学，化学与生命科学学院，江苏 苏州 215009摘要：聚苯胺作为最受关注的导电高分子材料之一，在诸多领域均有广泛应用。
聚苯胺的化学合成实验是材料化学及相关专业实验教学中的代表性实验，然而，该实验存在诸多不足，如产物性质对溶剂的选择、掺杂剂类型、反应时间、温度等条件高度敏感，表征手段单一，产率不稳定且重现性差等。
本实验是对“聚苯胺化学合成”实验的改进，将原实验中化学合成法更改为电化学合成法，同时结合了仪器分析实验“循环伏安分析法”和开放性实验“防腐涂料的制备”等相关课程实验，巧妙地将其从一个验证性制备实验改进为一个集制备条件自主选择及防腐性质测试为一体的创新设计实验，使学生连贯地学习聚苯胺的合成、掺杂及相关的电化学知识，对导电高分子的广泛应用有更清晰的认识。
本改进实验内容丰富，更贴合现代化学及材料学科发展，有助于学生将多门课程中的理论知识融会贯通，提升综合技能。
关键词：聚苯胺；电化学合成；掺杂；防腐蚀 中图分类号：G64；O6Electrochemical Synthesis of Polyaniline and Its Anticorrosive Application: Improvement and Innovative Design of the “Chemical Synthesis of Polyaniline” ExperimentLi Jiang *, Changzheng Chen, Yang Su, Hao Song, Yanmao Dong, Yan Yuan, Li LiSchool of Chemistry and Life Sciences, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215009, Jiangsu Province, China.Abstract: Polyaniline, as one of the most widely studied conductive polymer materials, has been widely used in many fields. The chemical synthesis experiment of polyaniline is a representative experiment in the teaching of materials chemistry and related subjects. However, this experiment has several shortcomings, such as the high sensitivity of product properties to solvent selection, dopant types, reaction time, temperature, limited characterization methods, unstable yield, and poor reproducibility. This experiment is an improvement of the “Chemical Synthesis of Polyaniline” experiment, where the original chemical synthesis method is replaced with an electrochemical synthesis method. It combines instrumental analysis experiments such as “Cyclic Voltammetry Analysis” and open-ended experiments such as “Preparation of Anticorrosive Coatings” to transform it from a confirmatory preparation experiment to an innovative design experiment that integrates autonomous selection of preparation conditions and testing of anticorrosive properties. This allows students to learn the synthesis, doping, and related electrochemical knowledge of polyaniline in a coherent manner, leading to a clearer understanding of the wide-ranging applications of conductive polymers. This improved experiment is rich in content and better aligns with the development of modern chemistry andmaterials science, helping students integrate theoretical knowledge from multiple courses and enhance their comprehensive skills.Key Words: Polyaniline; Electrochemical synthesis; Doping; Anticorrosion20世纪70年代，Shirakawa等[1]通过使用碘蒸气氧化聚乙炔时，发现半导体性质的聚乙炔电导率增加了1000万倍，从而提出了导电高分子的概念。
导电聚苯胺的制备方法及应用
导电聚苯胺的制备方法及应用一、导电聚苯胺的概述导电聚苯胺（conductive polyaniline）是一种具有导电性的聚合物材料，具有良好的导电性、可调控性和化学稳定性的特点。
它可以通过一系列的化学方法进行合成，而且在能源存储、传感器、光电器件等领域具有广泛的应用前景。
二、导电聚苯胺的制备方法导电聚苯胺可以通过化学氧化聚合法、电化学聚合法和生物法等多种方法进行制备。
2.1 化学氧化聚合法化学氧化聚合法是导电聚苯胺制备的主要方法之一。
通常使用苯胺（aniline）作为单体，氧化剂作为引发剂。
具体步骤如下： 1. 在室温下将苯胺溶解在酸性或碱性溶液中； 2. 慢慢加入氧化剂，使苯胺氧化为导电聚苯胺； 3. 继续搅拌和加热，使反应进行完全； 4. 过滤、洗涤、干燥得到导电聚苯胺。
2.2 电化学聚合法电化学聚合法是另一种常用的导电聚苯胺制备方法。
具体步骤如下： 1. 准备电解槽，其中包含两个电极（工作电极和对电极）和电解质溶液； 2. 将苯胺溶液加入电解槽，以工作电极为阳极，在一定电位下进行电解； 3. 通过对电极吸引氧化的苯胺阳离子，使其在工作电极上还原为导电聚苯胺； 4. 继续电解一段时间，直到得到所需的导电聚苯胺。
2.3 生物法生物法是一种新兴的导电聚苯胺制备方法，利用微生物和酶的活性来实现聚合反应。
具体步骤如下： 1. 首先选择一种能够催化聚苯胺聚合的微生物或酶； 2. 将微生物或酶与苯胺和氧化剂一起共同反应，使聚苯胺在微生物或酶的催化下形成； 3. 继续培养和培育微生物或酶，使产物得到进一步优化。
三、导电聚苯胺的应用领域导电聚苯胺在各个领域都有广泛的应用，以下列举了其中的几个典型应用领域。
3.1 能源存储领域导电聚苯胺作为一种具有导电特性和化学稳定性的聚合物材料，可用于高性能电池、超级电容器等能源存储设备的制备。
它可以作为电极材料，提高电池的电导率和储能密度。
3.2 传感器领域导电聚苯胺具有灵敏度高、响应速度快的特点，在生物传感器、化学传感器等领域有广泛应用。
聚苯胺的电化学合成
实验目的
学习电化学合成聚苯胺的原理和方法。 提高学生的综合实验水平。
聚 苯 胺 的 形 成 机 理
ＰＡＮ的不同化学结构及其相应的颜色
仪器及试剂
试剂 聚苯胺 浓ＨＮＯ3 ，ＫＣｌ，ＨＣｌ，ＫＮＯ3 仪器 150mL烧杯两只 导电玻璃（工作电极，正极，在本 实验中浸入电解池中的导电玻璃面积均为1cm2） 铂丝（对电极，负极） 2节1.5V电池，可变电阻器 （0—1×105Ω），万用表，Tu-1901 型紫外-可见 分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)。
图1 实验装臵图
实验步骤
1 配制 50ｍＬ3.0ｍｏｌＬ-1ＨＮＯ3溶液: 量 取浓ＨＮＯ36.80ｍＬ稀释至 50.00ｍＬ。 2 配制 0.10ｍｏｌＬ-1ＨＮＯ3和 0.50ｍｏｌ Ｌ-1ＫＣｌ混合溶液: 量取 3.0ｍｏｌＬ-1 ＨＮＯ31. 50ｍＬ,稀释至45.00ｍＬ,再加入 ＫＣｌ1. 700ｇ,混合均匀。 3 烧杯中加 40.00ｍＬ3.0ｍｏｌＬ-1ＨＮＯ3和 3.00ｍＬ苯胺, 混合均匀。
聚苯胺的电化学合成
实验化学四 （综合化学实验）
基础化学实验中心
导电高分子材料的意义及应用
导电高分子材料作为新兴不可替代的基础 有机材料之一,几乎可以用于现代所有新兴产 业及高科技领域。因此，对导电高分子的研究 不仅具有重大的理论价值,而且具有巨大的应 用价值。 在二次电池、传感器、电致变色器件以及 电磁屏蔽等方面都有巨大的应用潜力,因而引 起人们浓厚的研究兴趣。
导电高分子材料举例: 聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚噻
吩、聚对苯撑乙烯撑、聚苯胺(PAபைடு நூலகம்)
聚苯胺的特点: 结构特征独特、电活性高、空气中稳
导电聚苯胺的合成结构性能和应用
导电聚苯胺的合成结构性能和应用导电聚苯胺的合成方法分为化学氧化法和电化学氧化法。
化学氧化法主要是通过化学还原剂将苯胺单体氧化为导电聚合物。
常用的还原剂有过硫酸铵、过硫酸亚铁等。
电化学氧化法则是通过在电解质溶液中施加电压，将苯胺单体氧化为导电聚合物。
这两种方法都能较好地控制导电聚苯胺的结构和性能。
导电聚苯胺的合成结构性能与其氧化还原态有着密切的关系。
导电聚苯胺的氧化态（阳离子形式）具有氧化态-氧化反应的特性，能够导电，而还原态（中间形态）则失去导电性。
导电聚苯胺的导电机制主要是通过还原/氧化反应而发生的电子转移，导电性能较好。
此外，导电聚苯胺的导电性能还与其晶体结构和分子排列方式有关。
导电聚苯胺的应用领域广泛。
首先，由于其导电性能良好，可以用于电池和超级电容器等电子器件的电极材料。
导电聚苯胺作为电极材料能够提高电子传输效率，增强电池和超级电容器的储能性能。
其次，导电聚苯胺还可用于导电涂料、导电橡胶、导电纤维等领域。
导电聚苯胺能够在基体上形成导电网络，提高材料的导电性能。
最后，导电聚苯胺还可应用于传感器和光电器件等领域。
导电聚苯胺具有较好的敏感性和稳定性，能够用于制备各种传感器，如气体传感器、湿度传感器和生物传感器。
导电聚苯胺还可以用于制备有机太阳能电池和光电显示器等光电器件。
综上所述，导电聚苯胺作为一种具有导电性能和多样化应用的聚合物材料，其的结构性能和应用具有重要意义。
导电聚苯胺的合成方法简单，能够通过控制氧化还原态调节其导电性能。
导电聚苯胺的应用广泛，可用于电子器件、涂料、传感器和光电器件等领域。
随着对导电聚苯胺研究的不断深入，其在材料科学和应用领域的潜力将得到更大的挖掘和应用。
苯胺电聚合的机理_概述及解释说明
苯胺电聚合的机理概述及解释说明1. 引言1.1 概述苯胺电聚合是一种重要的化学合成方法，通过在适当条件下施加电压来促进苯胺分子的聚合反应。
此方法在有机合成和材料科学领域广泛应用，因其高效、环境友好且可控制合成过程而备受关注。
1.2 文章结构本文将首先介绍苯胺电聚合的原理及机理解释，在此基础上对反应条件对机理的影响进行分析。
随后，本文将详细阐述形成高分子链的过程和特点。
为了验证苯胺电聚合的机理假设，并进一步揭示其中的规律性，我们进行了一系列实验研究，并对结果进行讨论和分析。
最后，本文将总结概括主要观点和发现结果，并对苯胺电聚合机理提出启示和展望，同时对未来相关领域的研究提出建议或方法指导。
1.3 目的本文旨在全面概述苯胺电聚合的机理，并深入解释其反应条件、形成高分子链的过程和特点等关键方面。
通过实验研究与结果讨论，对苯胺电聚合的机理假设进行验证和解释，从而为该领域的研究提供新的思路和理论支持。
同时，本文还将探讨苯胺电聚合机理的启示和展望，并提出相关领域进一步研究的建议或方法指导。
2. 正文苯胺电聚合是一种通过电化学反应来合成聚苯胺聚合物的方法。
它是将苯胺溶液置于电极间，施加恒定电流或电压进行聚合反应的过程。
在正极处，苯胺发生氧化反应生成自由基阳离子，并发生自身聚合。
而在负极处，则发生还原反应。
聚苯胺的核心结构是由苯环和氮原子交替形成的长链结构，在不同的条件下可能会生成不同形式的聚合物，如质子掺杂型、阳离子掺杂型等。
这些不同形式的聚苯胺在性质上具有差异，可以用于不同领域的应用。
实验研究表明，反应条件对于苯胺电聚合机理具有重要影响。
首先，选择适当的电解液对于实现有效的聚合至关重要，常用的溶剂包括硫酸、盐酸等。
其次，施加恒定电流或电压时，所需时间也会对生成高分子链的量和长度产生影响。
此外，电极之间的距离和温度等因素也会对反应过程产生影响。
形成高分子链的过程可以简单描述为：在电极表面，苯胺发生氧化反应生成自由基阳离子，这些自由基阳离子会与周围的苯胺分子发生聚合反应。
聚苯胺_制备实验报告
1. 了解聚苯胺的制备方法及其应用。
2. 掌握聚苯胺的合成原理和实验步骤。
3. 学习并掌握电化学合成聚苯胺的方法。
二、实验原理聚苯胺（Polyaniline，PANI）是一种导电聚合物，具有独特的化学、物理和电化学性质。
其制备方法主要有化学氧化法和电化学合成法。
本实验采用电化学合成法，通过在导电聚合物溶液中施加电压，使单体苯胺在电极上发生氧化聚合反应，形成聚苯胺。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：- 三电极体系：工作电极（铂电极）、参比电极（银/氯化银电极）、辅助电极（铂电极）- 伏安仪- 磁力搅拌器- 真空干燥箱- 电子天平- 移液器- 烧杯- 离心机2. 试剂：- 苯胺（分析纯）- 硼砂（分析纯）- 硫酸（分析纯）- 蒸馏水1. 准备工作：（1）将苯胺、硼砂和硫酸按一定比例混合，配制成单体溶液。
（2）将单体溶液置于三电极体系中，调整电极间距，确保工作电极与参比电极、辅助电极之间距离适宜。
2. 电化学合成：（1）打开伏安仪，设置合适的扫描速度和电位范围。
（2）在单体溶液中施加电压，进行电化学聚合反应。
（3）观察反应过程中溶液的颜色变化，当溶液颜色变为深蓝色时，停止反应。
3. 沉淀分离：（1）将反应后的溶液离心分离，收集沉淀物。
（2）用蒸馏水洗涤沉淀物，去除杂质。
4. 干燥与表征：（1）将洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中，干燥至恒重。
（2）对干燥后的聚苯胺进行表征，如红外光谱（IR）、扫描电子显微镜（SEM）等。
五、实验结果与分析1. 反应过程中溶液颜色变化：反应开始时，溶液颜色为浅黄色，随着反应的进行，溶液颜色逐渐变为深蓝色。
2. 聚苯胺的表征：（1）红外光谱（IR）分析：聚苯胺在红外光谱中显示出明显的特征峰，如苯环、苯胺基团等。
（2）扫描电子显微镜（SEM）分析：聚苯胺呈现出明显的层状结构，具有良好的导电性。
六、实验结论本实验采用电化学合成法成功制备了聚苯胺。
实验结果表明，聚苯胺具有良好的导电性和稳定性，具有较高的应用价值。
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电化学方法合成聚苯胺的研究摘要膜科学技术自50年代以来发展迅速，现已在工业、农业、医学等领域获得广泛应用。
就膜材料而言，有机膜发展最早，因其柔韧性好、成膜性能好、品种多等优点而获得大规模应用。
聚苯胺电致变色膜作为一种导b电聚合物材料，具有易合成、均相、性质均一、能牢固附着在支持物上等优点具有广阔的市场应用前景。
本文利用循环伏安法，采用三电极体系，研究在碳布电极表面合成聚苯胺膜。
本实验考查了苯胺单体浓度、溶液酸度、质子酸类型、线性扫描速率、扫描圈数等对合成聚苯胺膜的影响规律。
实验发现聚苯胺的电化学氧化过程是一个自催化过程。
镀液中苯胺单体浓度越大对成膜越有利，但是受苯胺的溶解度影响，镀液中的硫酸与苯胺的浓度比应大于1 : 1。
另外降低扫描速率，适当增加扫描圈数有利于聚苯胺膜的形成，最佳扫描速率为25mv/s。
聚苯胺的电化学活性明显依赖于质子化的程度，在苯胺与硫酸组成的镀液中，H2SO4浓度越大，膜的氧化还原可逆性越大，聚苯胺的自催化效应越强，质子酸中硫酸对聚苯胺的电化学生成的促进作用最大。
关键词：聚苯胺，循环伏安，影响规律AbstractThe technology of film science has developed rapidly since the 1950s. It is widely used in industry, agriculture, medicine and other fields. The organic film was developed first. It is well applied in many filds because of its flexibility, film-forming properties, and has many kinds of product. The electrochromic display film of polyaniline is one of electronically conducting polymers, it has a broad market prospect because it is easily synthesized, character uniform and can be firmly attached to the substrates. The work studied synthesis of polyaniline film on carbon cloth with three elctrodes by means of cyclic voltammograms.Synthesis of polyaniline films on carbon cloth are related to aniline concentration, solution acidity, bronsted acid type, linear scan rate and scanning numbers etc. It was found that the polyaniline electrochemical oxidation process is a self-catalytic process. It was found the higher the aniline concentration is, the esaier polyaniline synthesize is, because of the solubility of aniline in the water, sulfuric acid and aniline should be more than 1: 1 in concentration. Furthermore it was favorable to synthesize polyaniline films when reduce scan rate and increase the numbers of scanning appropriately, and the best scan rate is 25 mv/s. The activity of polyaniline films was significantly depended on the extent of the proton, in the solution of aniline and sulfuric acid bath, the greater the H2SO4concentration is, the greater the film’s redox reversible is, the stronger the self-catalytic effect is ,and sulfuric acid can promote the speed of synthesis ofpolyaniline on the carbon cloth.Key words: polyaniline，cyclic voltammograms，effect rules目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (6)1.1引言 (6)1.2聚苯胺的结构、颜色和导电性 (7)1.3聚苯胺的应用 (8)1.3.1 在金属防腐上的应用 (8)1.3.2 在电池方面的应用 (9)1.3.3 在导电纤维上的应用 (9)1.3.4 在电磁屏蔽材料方面的应用 (10)1.3.5 在抗静电方面的应用 (10)1.3.6 在其它方面的应用 (11)1.4聚苯胺的合成方法 (11)1.4.1 化学方法 (11)1.4.3 微乳液聚合 (12)1.4.4 电化学方法 (13)1.5循环伏安法 (16)1.6本论文的工作 (18)第二章实验部分 (18)2.1实验装置与仪器 (18)2.2化学试剂 (19)2.3实验步骤 (19)2.3.1 碳纤维电极预处理 (19)2.3.2 溶液配制 (20)2.3.3 聚苯胺膜的电化学制备 (20)第三章结果与讨论 (21)3.1苯胺单体浓度对成膜的影响 (21)3.2循环伏安扫描圈数对成膜的影响 (23)3.3循环伏安扫描速率对成膜的影响 (25)3.4酸度对聚苯胺在电极表面成膜的影响 (26)3.5质子酸类型对成膜的影响 (28)3.6聚苯胺膜在碳布表面形貌观察 (29)第四章结论 (31)参考文献 (32)致谢 (35)第一章绪论1.1 引言材料科学已经成为21世纪的前沿科学，材料科学的发展对许多科学领域的发展都有促进作用。
但传统的单一材料已无法满足时代的需要，人们已经把目光投向性能更加优良的材料上。
多种材料可实现性能互补和优化，有望制备性能优异的材料。
膜科学技术自50年代以来发展迅速，现已在工业、农业、医学等领域获得广泛应用。
就膜材料而言，有机膜发展最早，因其柔韧性好、成膜性能好、品种多、性能各异等优点在很多领域获得大规模应用。
有机膜的研究已经成为当今高分子化学、物理化学、无机化学和材料化学等多学科交叉的前沿课题[1]。
20世纪70年代后期由于聚乙炔的出现，人们对共轭聚合物的结构和认识不断的深入，逐渐产生了导电高分子这门新兴的学科。
导电高分子材料作为基础有机材料几乎可以应用于现代所有新兴产业及高科技领域之中，因此对导电高分子材料的研究不仅具有重大的理论价值，而且具有极大的应用价值[2]。
与普通聚合物相比，导电聚合物在其电池电致显示器和敏感器方面潜在的应用及作为一种新型半导体材料，它的电性能引起了人们的广泛关注。
自从1984年，聚苯胺被美国宾夕法尼亚大学的化学家MacDiamaid[3]等重新开发以来，就以其优良的热稳定性，化学稳定性和电化学可逆性，优良的电磁波吸收性能，潜在的溶液和熔融加工性能，成为现在研究进展最快的导电高分子材料。
以其为基础材料，目前正在开发新的技术，例如全塑金属防腐技术，船舶防污技术，太阳能电池，电磁屏蔽技术，抗静电技术，电致变色，传感器元件，催化技术和隐身技术等。
但是，关于聚苯胺的合成及其衍生物的生产合成、溶解和应用等方面，特别是实际应用还有待研究。
1.2 聚苯胺的结构、颜色和导电性聚苯胺是典型的有机导电聚合物，其结构中的π电子虽有离域能力，但它并不是自由电子[4]；分子中的共轭结构使π电子体系增大，电子离域性增强，可移动范围增大，当共轭结构达到足够大时，化合物即可提供自由电子，从而能够导电。
1987年，MacDiamaid 等进一步提出了后来被广泛接受的苯式一醌式结构单元共存的模型．其结构表示如下：聚苯胺可看作是苯二胺与醌二亚胺的共聚物，Y 值用于表征聚苯胺的氧化还原程度，不同的Y 值对应于不同的结构、颜色及电导率[5]（见表1.1）。
因此根据膜层的颜色，就可以大致判断所得的聚苯胺是否导电。
表1.1聚苯胺在氧化还原态的对应的颜色和电导率y值商品名称类型颜色导电性1.00 无色翠绿亚胺中性淡黄色绝缘体1.00 无色翠绿亚胺掺杂淡黄色绝缘体0.75 原翠绿亚胺中性蓝色绝缘体0.75 原翠绿亚胺掺杂淡绿色半导体0.50 翠绿亚胺中性深蓝绝缘体0.50 翠绿亚胺掺杂绿色金属体0.25 苯胺黑中性蓝黑色绝缘体0.25 苯胺黑掺杂蓝色绝缘体0 全苯胺黑中性紫色绝缘体0 全苯胺黑掺杂紫色绝缘体1.3 聚苯胺的应用1.3.1 在金属防腐上的应用金属腐蚀给国民经济带来了巨大的损失,由于腐蚀引起的破坏事例遍及所有使用金属的场合。
每年由于腐蚀而报废的金属设备相当于金属年产量的1/3[6]。
聚苯胺作为一种优良的防腐材料逐渐被引起重视，并且有可能成为聚苯胺最有希望的应用领域。
其防腐机理为：聚苯胺在金属和聚苯胺膜界面处形成一层金属氧化膜，使该金属的电极电位处于钝化区，从而得到保护[7]。
研究结果显示，聚苯胺在环境pH大于等于7时具有完全氧化态和半氧化态结构，这两种结构的聚苯胺在金属的防护过程中，只起到一种机械隔离作用，它类似于金属表面的非金属涂装保护这种形式，当金属表面的聚苯胺有缺损时，它对该部位不能起到保护作用，而当聚苯胺在环境pH小于7时，聚苯胺结构放生变化，形成聚苯胺盐形态，此时聚苯胺具有良好的导电性和电化学活性，当金属表面的聚苯胺有损缺时，它对该部位起一种催化钝化作用，缺损聚苯胺涂层的金属裸露部分在酸性条件下发生阳极氧化反应，快速恢复表面钝化层[8]。
聚苯胺对氧气的渗透起到了屏蔽作用，使之无法直接渗透到金属表面，从而吸氧腐蚀无法发生。
同时在铁被氧化过程中产生氢离子，可以进一步参杂本征态聚苯胺，通过在聚苯胺上引入磺酸基团等方法可制备可溶性聚苯胺，人们采用机械涂膜的方法，在金属表面形成均匀完整的聚苯胺防腐膜，取得了很好的效果。