二茂铁衍生物掺杂聚苯胺的电化学制备及性能研究

发布时间：2017-10-10 04:39

  本文关键词：二茂铁衍生物掺杂聚苯胺的电化学制备及性能研究

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【摘要】：本文采用电化学法合成了两种二茂铁衍生物掺杂聚苯胺——二茂铁基乙醇掺杂聚苯胺和双取代二茂铁基羧酸掺杂聚苯胺,用于修饰ITO电极,研究了二茂铁衍生物掺杂聚苯胺的制备,表征其结构并探讨其电化学性能,主要研究了修饰ITO电极对抗坏血酸(AA)的电化学检测和对硝基苯酚(PNP)的电催化还原,主要研究结果如下:1.以二茂铁为原料,利用付克酰基化反应制备单双取代乙酰基二茂铁,再还原成二茂铁基乙醇和氧化成双取代二茂铁基羧酸;采用电化学法制备两种二茂铁衍生物掺杂聚苯胺修饰ITO电极,研究得出最佳制备条件:硫酸浓度为0.6mol/L,苯胺浓度为0.05 mol/L,二茂铁衍生物浓度为1.4×10-4mol/L,扫描圈数选择12圈,扫描速度选择50mV/s;热重分析表明PANI-Fc(COOH)2中Fe原子的百分含量为6.11%,PANI-Fc CH2OHCH3中Fe原子含量为7.02%;通过扫描电镜图可知,分子链段呈三维网状结构,电子可以在分子链间快速传递,从而有利于电子对Fe2+/Fe3+发生氧化还原反应;从透射电镜图可知,二茂铁乙醇掺杂聚苯胺的Fe纳米粒子粒径分布较宽,粒径为5~30nm,而双取代二茂铁羧酸掺杂聚苯胺的Fe纳米粒子粒径较为均一,约10nm左右。2.循环伏安测试表明,二茂铁衍生物掺杂聚苯胺的氧化还原峰电流比纯聚苯胺大2个数量级,即掺杂聚苯胺的导电性能比纯聚苯胺明显改善,二茂铁中心的Fe2+担任电子传输媒介;相应于三对可逆的氧化还原峰,可通过改变外加电压实现淡绿色-翡翠绿-翡翠基蓝-蓝紫色间的相互转化;在pH为8.0的碱性介质中仍有电活性,显著拓宽了聚苯胺的电致变色pH范围;采用计时电流法,计算出二茂铁乙醇掺杂聚苯胺修饰电极表面扩散系数D=4.91×10-6cm2/s,双取代二茂铁羧酸掺杂聚苯胺修饰电极表面扩散系数D=3.88×10-5 cm2/s;双取代二茂铁羧酸掺杂聚苯胺的导电性、氧化还原性、扩散系数等电化学性质均比二茂铁乙醇掺杂聚苯胺好。3.研究二茂铁衍生物掺杂聚苯胺修饰ITO电极电化学检测抗坏血酸(AA)的可行性,AA在1×10-4mol/L~1×10-7 mol/L浓度范围内,氧化峰电流与AA浓度呈良好的线性关系,绘制AA校准曲线,最低检出限分别为1.82×10-7mol/L和2.36×10-7 mol/L;修饰电极对AA的催化过程受扩散控制,具有良好的抗干扰性、稳定性和重现性(RSD=1.32%、0.71%);双取代二茂铁羧酸掺杂聚苯胺修饰电极比二茂铁乙醇掺杂聚苯胺修饰电极可以更有效地降低AA的过电位,具有更精确的最低检出限和更好的重现性。4.通过紫外吸收光谱研究两种二茂铁衍生物掺杂聚苯胺修饰ITO电极对对硝基苯酚的电催化还原性能,计算催化速率常数K,在0.9V时5min内可将对硝基苯酚完全催化还原为对氨基苯酚;并且双取代二茂铁羧酸掺杂聚苯胺的催化效率明显高于二茂铁乙醇掺杂聚苯胺。
【关键词】：二茂铁衍生物 聚苯胺 掺杂 电化学性能
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O633.21
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 二茂铁及其衍生物的性质11-13
• 1.2.1 易取代性12
• 1.2.2 氧化还原可逆性12
• 1.2.3 生物相容性12-13
• 1.2.4 抗磁性13
• 1.3 二茂铁基聚合物的制备工艺13-15
• 1.3.1 开环聚合工艺14
• 1.3.2 缩聚工艺14
• 1.3.3 烯类二茂铁衍生物聚合工艺14-15
• 1.3.4 电化学聚合工艺15
• 1.4 二茂铁基聚合物的应用15-18
• 1.4.1 应用于抗坏血酸定量检测方面15-16
• 1.4.2 应用于对硝基苯酚还原的催化方面16-18
• 1.5 论文研究内容及其意义18-21
• 第2章 二茂铁衍生物的制备及表征21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-25
• 2.2.1 实验原料21-22
• 2.2.2 主要实验仪器22-23
• 2.2.3 乙酰基二茂铁的制备23
• 2.2.4 双取代乙酰基二茂铁的制备23-24
• 2.2.5 二茂铁基乙醇的制备24
• 2.2.6 双取代二茂铁基羧酸的制备24-25
• 2.3 二茂铁衍生物的结构表征与电化学测试25
• 2.3.1 红外光谱测试（FTIR）25
• 2.3.2 紫外可见分光光度计测试（UV/vis）25
• 2.3.3 电化学测试25
• 2.4 结果与讨论25-28
• 2.4.1 红外光谱分析（FTIR）25-26
• 2.4.2 紫外可见分光光度计分析（UV/vis）26-27
• 2.4.3 循环伏安曲线（CV）27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 二茂铁衍生物掺杂聚苯胺修饰ITO电极的制备及电化学性能研究29-43
• 3.1 引言29-30
• 3.2 实验部分30-31
• 3.2.1 实验原料30
• 3.2.2 主要实验仪器30
• 3.2.3 二茂铁衍生物掺杂聚苯胺修饰ITO电极的制备30-31
• 3.3 二茂铁衍生物掺杂聚苯胺的结构表征及电化学性质测试31-32
• 3.3.1 红外光谱测试（FTIR）31
• 3.3.2 热重测试（TG）31
• 3.3.3 扫描电镜测试（SEM）31
• 3.3.4 透射电镜测试（TEM）31
• 3.3.5 X射线衍射测试（XRD）31
• 3.3.6 影响产物电化学活性的因素31
• 3.3.7 电导率测试31
• 3.3.8 循环伏安测试(CV)31
• 3.3.9 修饰电极表面扩散系数D的测定31-32
• 3.4 结果与讨论32-40
• 3.4.1 红外光谱分析（FTIR）32
• 3.4.2 热重分析（TG）32-33
• 3.4.3 扫描电镜分析（SEM）33-34
• 3.4.4 透射电镜分析（TEM）34
• 3.4.5 X射线衍射分析（XRD）34-35
• 3.4.6 影响产物电化学活性的因素35-37
• 3.4.7 电导率分析37
• 3.4.8 循环伏安分析（CV）37-39
• 3.4.9 修饰电极表面扩散系数D的测定39-40
• 3.5 本章小结40-43
• 第4章 二茂铁衍生物掺杂聚苯胺修饰ITO电极对抗坏血酸的电化学测定43-55
• 4.1 引言43-44
• 4.2 实验部分44-46
• 4.2.1 实验原料44
• 4.2.2 主要实验仪器44
• 4.2.3 修饰电极检测AA的可行性研究44
• 4.2.4 校准曲线绘制方法44-45
• 4.2.5 抗坏血酸在修饰电极表面反应类型判断45
• 4.2.6 修饰电极抗干扰性测试45
• 4.2.7 修饰电极重现性测试45
• 4.2.8 修饰电极稳定性测试45-46
• 4.3 结果与讨论46-53
• 4.3.1 修饰电极对AA催化可行性研究46-47
• 4.3.2 修饰电极定量测定AA的校准曲线47
• 4.3.3 AA在修饰电极表面反应类型判断47-50
• 4.3.4 修饰电极定量测定AA的抗干扰性50-51
• 4.3.5 修饰电极定量测定AA的重现性51
• 4.3.6 修饰电极定量测定AA的稳定性51-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 二茂铁衍生物掺杂聚苯胺修饰ITO电极电催化还原对硝基苯酚55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 实验部分55-56
• 5.2.1 实验原料55-56
• 5.2.2 主要实验仪器56
• 5.2.3 二茂铁衍生物掺杂聚苯胺修饰ITO电极电催化还原对硝基苯酚56
• 5.3 结果与讨论56-61
• 5.3.1 修饰电极电催化还原对硝基苯酚的原理56-57
• 5.3.2 不同电压下修饰电极电催化还原对硝基苯酚57-60
• 5.3.3 不同电压下修饰电极的催化效率对比60-61
• 5.3.4 与文献报道的催化剂对比61
• 5.4 本章小结61-63
• 第6章 结论63-67
• 参考文献67-74
• 致谢74-76
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果76

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本文编号：1004423