1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐离子液体中采用电化学法合成聚苯胺薄膜及其耐蚀性

发布时间：2020-12-30 06:12

　　为了进一步扩大质子交换膜燃料电池（PEMFC）的实际应用,提高其双极板的耐腐蚀性能至关重要。在不锈钢基体上电化学沉积导电聚苯胺（PANI）薄膜,有可能满足PEMFC对导电性和耐蚀性的要求。前人关于电化学合成PANI主要集中在硫酸、高氯酸等水溶液体系,鲜见离子液体中采用电化学法合成聚苯胺薄膜及其耐蚀性的研究。本工作以1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐（EMIES）离子液体作为聚合反应电解质,采用循环伏安法在316L不锈钢（SS）表面电化学合成PANI薄膜,制备了PANI/316L SS复合材料双极板。用红外光谱、拉曼光谱、紫外可见光谱、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜对PANI膜进行结构表征,用开路电位、极化曲线和电化学阻抗谱研究PANI/316L SS腐蚀性能。结果表明:PANI具有中间氧化态结构,EMIES离子液体的阴离子（CH3CH2SO4-）和乙二酸的阴离子（HOOC-COO-）作为"对阴离子"在PANI共轭分子链中发生了共掺杂。本工作在316L SS表面获得了平整致密的PANI薄膜。与316L SS裸金属相比,PANI/316L SS的腐蚀电位E0提高0.2～0.4 V,腐蚀电流... 

【文章来源】：材料导报. 2020年12期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

离子液体EMIES中电化学聚合PANI膜表面形貌

PANI的红外光谱如图4所示,可以看出,1 562 cm-1的吸收峰是聚苯胺链上醌二亚胺的C=C和C=N伸缩振动引起,1 478 cm-1处是苯二胺芳香环上C=C伸缩振动峰,1 301 cm-1处是苯环上C-N键的伸缩振动峰,1 143 cm-1处是醌环的C-H键伸缩振动峰,813 cm-1是1,4二取代苯的C-H键面外弯曲振动峰[22]。特别值得注意的是,在1 675 cm-1处的吸收峰对应于乙二酸中羧基(-COOH)的吸收振动[23],说明乙二酸阴离子HOOC-COO-在PANI膜中发生了掺杂;在1 242 cm-1处的吸收峰对应于离子液体EMIES中S=O的不对称伸缩振动 [24],说明离子液体的硫酸乙酯阴离子(CH3CH2SO4-)也在膜中发生了掺杂。由红外光谱结果初步确认,所制备的PANI薄膜是乙二酸阴离子和EMIES阴离子共掺杂的中间氧化态聚苯胺。2.2.3 PANI膜的拉曼光谱

根据拉曼位移的大小、强度和拉曼峰形状分析PANI的化学键和官能团,结果如图5所示。图5中1 600 cm-1的峰为苯环C-C伸缩振动,1 490 cm-1的峰为醌环的C=N伸缩振动,1 170 cm-1处是苯环C-H弯曲振动峰,818 cm-1处是醌环面外C-H的变形振动峰,588 cm-1和394 cm-1处为苯环面内变形峰[25]。特别需要指出的是,在1 330 cm-1左右的峰为掺杂态的半醌自由基C-N+·伸缩振动[26],C-N+·带有正电荷,说明苯胺单体在电化学聚合的过程中同时发生了“质子酸掺杂”,质子(H+)在与醌环相连的亚胺氮原子(-N=)上发生了“掺杂”,使-N=带正电,说明所制备的聚苯胺为掺杂态PANI,这与红外光谱分析结果一致。2.2.4 PANI膜的紫外光谱

【参考文献】：
期刊论文
[1]离子液体应用于电合成导电聚合物[J]. 董彬,徐景坤,郑利强.  化学进展. 2009(09)
[2]质子交换膜燃料电池金属双极板的腐蚀与表面防护研究进展[J]. 任延杰,张春荣,刘光明,曾潮流.  腐蚀科学与防护技术. 2009(04)



本文编号：2947147