掺杂腐植酸的聚吡咯修饰膜的合成与表征

【摘要】：掺杂聚吡咯(PPy)的化学修饰电极是当今相当活跃的研究领域。它可以通过对电极表面的分子剪裁，给电极加以预定的功能，以便在其上有选择的进行所期望的反应。腐植酸(HA)的分子结构含中有羧基和酚羟基等基团，并具有离子交换性、络合性等多种活性，原料易得，价格低廉，开发其在电化学领域中的应用具有竞争力及发展前景。本课题尝试将HA掺杂在PPy膜中，制成PPy／HA修饰膜电极，并考察其氧化还原特性。 本文首先采用循环伏安法考察HA的电化学特性，包括清水中及不同pH条件下的KOH电解液中氧化还原特性的变化情况，结合水的电化学稳定区域找到HA的稳定电位窗口。发现HA在不同pH条件下的电解液中循环伏安(CV)曲线变化幅度较大，酸性溶液中还原性较好，出现单一或一对氧化峰，且氧化峰电位(i_(pa))随pH的减小逐渐向负电位移动；中性溶液中的氧化还原峰并不明显；碱性溶液中氧化性较好，出现单一的还原峰，且还原峰电位(i_(pc))随pH的增加发生负移。 实验结果表明，在酸性溶液、中性溶液及碱性溶液中HA在基体铂(Pt)电极上均有一定的附着。电极表面呈黄褐色。 利用恒电位及循环伏安法在水溶液中聚合PPy／HA膜。结果表明：pH＜9.0时，Py在水溶液中的化学性质稳定，聚合能顺利进行。结合HA在水中的溶解度，聚合的pH范围定为1.0～9.0之间。本文以pH=7.0和pH=3.0为例对聚合的过程加以说明。掺杂HA的PPy膜致密、牢固。 考察PPy／HA修饰膜电极的氧化还原性质，在KOH电解质溶液中得到一对明显的氧化还原峰，改变扫描速率，峰电流与扫描速度的1／2次方呈非线性关系，说明膜内的电荷传输不符合扩散定律，电极过程的控制步骤为非扩散过程。 对PPy／HA修饰膜进行傅立叶红外光谱分析，推断膜内含有：芳香环及环上不同位置的取代物，烷烃及醇类有机化合物。而HA中的羟基在聚合过程中被氧化成羧基也掺杂在膜中，另外还有PPy中的C-N键的特征峰，此峰强度较大，且峰形尖锐。由此可证明HA确实掺杂在PPy膜中。 对PPy／HA修饰膜进行电镜扫描，在500倍及1000倍的电镜照片中观察膜的表面形貌特征。膜表面呈现圆形颗粒状聚团的立体结构，颗粒直径约为1μm，与对甲苯磺酸根的掺杂膜相比，膜表面更为细致平滑，颗粒更细小。