導電聚合物復合膜修飾電極及其應用研究.pdf

1、導電聚合物具有優(yōu)良的物理化學性能，在電化學催化、化學生物傳感、電化學電容、催化劑載體等諸多領域都有廣泛的應用前景。在眾多導電聚合物中聚苯胺（PANI）由于原料易得、制備簡單、電導率高、環(huán)境穩(wěn)定性好等特點，作為催化劑載體的應用日益受到重視。近年來，直接甲醇燃料電池（DMFC）以其獨特的優(yōu)越性可能成為未來可移動動力電源的首選。但目前DMFC 仍然存在一些關鍵的問題，如Pt 催化劑的毒化、陽極催化劑的低催化活性等問題限制了DMFC的商業(yè)化進程

2、。為了改進Pt的電催化性能以及降低或消除催化劑的毒化，可以通過改變催化劑的組分和選擇不同的催化劑載體。因此，制備實用型導電聚合物復合膜載體以及對其修飾電極的性能進行研究很有意義。
　　 本論文采用電化學聚合法制備了以多孔狀雙層結(jié)構的聚苯胺（PAN）/ 聚砜（PSF）導電復合膜為基的三類復合膜修飾電極，利用多種實驗手段對其結(jié)構和性能進行了評價，并對它的電化學催化活性尤其是對載鉑釕后的修飾電極對甲醇的電催化氧化性能進行了廣泛細致的研

3、究。論文共分五章，具體內(nèi)容概括如下：
　　 第一章：對導電聚合物、導電聚合物修飾電極的一些相關內(nèi)容進行了概述。
　　 同時對目標導電聚合物在酚類物質(zhì)的電催化氧化以及在直接甲醇燃料電池中的應用作了簡要介紹。
　　 第二章：對本文涉及的電化學方法，即循環(huán)伏安法（CV）、交流阻抗法（EIS）以及計時電流法（IT）的概念、原理及數(shù)據(jù)分析作了概述和討論。
　　 第三章：采用電化學循環(huán)伏安法在硫酸溶液中電聚合制備了聚

4、苯胺（PANI）/聚砜（PSF）復合膜修飾電極。分別用SEM和FTIR表征了復合膜的表面形態(tài)和化學組分，并用電化學方法對復合膜修飾電極的電化學性能進行了研究。SEM和FTIR測試結(jié)果表明：復合膜呈不對稱雙層結(jié)構，內(nèi)層（與導電基質(zhì)接觸）是由聚苯胺組成的多孔導電層，而外層（與電解質(zhì)溶液接觸）則是由聚砜組成的微孔絕緣層；電化學實驗數(shù)據(jù)表明：復合膜修飾電極對對苯二酚（H2Q）和鄰苯二酚（PC）具有非常顯著的電催化活性，以致于對鄰苯二酚電催化氧化

5、的電子分步轉(zhuǎn)移過程清楚地區(qū)分開來，此外，它對苯二酚的單組分及其混合體系均能定量響應，因此，它在苯酚類化合物的監(jiān)測方面具有潛在的應用價值。
　　 第四章：首先制備了PANI/PSF復合膜修飾電極，然后在其上電沉積PtRu粒子得到PtRu/PAN/PSF復合膜修飾電極。分別用EDS和SEM表征了復合膜的化學組分和表面形態(tài)，并用電化學方法對PtRu/PAN/PSF和Pt/PAN/PSF復合膜修飾電極的電化學性能進行了對比。SEM和ED

6、S測試結(jié)果表明：PtRu離子均勻地分散在內(nèi)層的多孔聚苯胺層，形成了高分散的復合膜修飾電極。電化學實驗數(shù)據(jù)表明：PtRu/PAN/PSF復合膜修飾電極對甲醇的電催化活性比Pt/PAN/PSF電極的高，并且具有更好的穩(wěn)定性，鉑釕的沉積不僅改變了催化劑表面對氫的吸附性質(zhì)，而且使氧化物還原峰電位向陰極方向移動。另外,對在不同濃度下沉積的鉑釕電極對甲醇的催化效果也作了討論，驗證了RPt:Ru=2:1 時,復合膜電極具有最好的催化活性。因此，PtR

7、u/PAN/PSF復合膜修飾電極在DMFC中具有很廣泛的應用。
　　 第五章：首先制備了Pt-CeO2/PAN/PSF復合膜修飾電極，用電化學方法研究了Pt-CeO2/PAN/PSF復合膜修飾電極對甲醇的電催化氧化性能。實驗結(jié)果表明：鉑與氧化鈰在復合膜上的不同含量以及不同負載順序都會影響復合膜修飾電極電催化氧化甲醇的性能；在最佳條件下制備的Pt-CeO2/PAN/PSF復合膜修飾電極對甲醇的活性最高、耐CO中毒最好，進一步驗證了