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聚苯胺导电聚合膜的制备及表征

一、实验目的

1、了解聚合物的合成方法、性能和主要反应；

2、通过电化学聚合实验，掌握电化学聚合的实验技术以及相应的电化学测试方

法；

3、通过电解法氧化还原聚苯胺，了解其颜色的变化和聚苯胺氧化或者还原反应

的关系；

4、了解酸碱度对其氧化还原反应的影响。

二、背景知识及实验原理

20世纪70年代后期，由于聚乙炔的发现而产生了以共轭高分子为基础的导

电高分子学科，并得到了迅猛的发展，而导电聚合物自20世纪80年代中期被

MacDiarmid等重新开发以来，以其原料易得、合成简单、较高的导电率和潜在

溶液和熔融加工性能，以及良好的环境稳定性的等优点，成为目前最受关注的三

大导电高分子品种（聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯）之一。正是以上这些优点，使聚

苯胺有广阔的应用前景。导电聚苯胺具有良好的电磁屏蔽和微波吸收性能，如聚

苯胺/聚氯乙烯导电共混材料的电磁屏蔽常数大于50dB。在二次电池(塑料电池)

中使用聚苯胺具有良好的充放电效果，循环充电2000次，库伦效率仍接近100%。

导电聚苯胺是一种良好的金属防腐蚀材料，同时还是较好的防污材料，可在舰船

上广泛应用。另外，聚苯胺还有电致变色、电子发光等可被将来利用的性能。

聚苯胺的合成方法很多，如化学氧化聚合物、电化学聚合法、现场聚合法、

缩合聚合法等，其中化学氧化聚合法较为简单，易于大批量生产，因而吸引了许

多注意力。本实验用电化学聚合法合成聚苯胺，并且对其电化学和光学性能进行

表征。

聚苯胺的形成是通过阳极偶合机理完成的。

聚苯胺链的形成是活性链端（-NH2）反复进行上述反应，不断增长的结果。

由于在酸性条件下，聚苯胺链具有导电性质，保证了电子能通过聚苯胺链传导至

阳极，是增长继续。只有当头头偶合反应发生，形成偶氮结构，才使得聚合停止。

PAN有4种不同的存在形式，它们分别具有不同的颜色。苯胺能经电化学聚

合形成绿色的叫作翡翠绿的PAN导电形式。当膜形成后，PAN的4种形式都能得

到，并可以非常快地进行可逆的电化学相互转化。完全还原形式的五色盐可在低

于-0.2V时得到，翡翠绿在0.3～0.4V时得到，翡翠基蓝在0.7V时得到，而紫

色的完全氧化形式在0.8V时得到。因此，可通过改变外加电压实现翡翠绿和翡

翠基蓝之间的转化，也可以通过改变pH值来实现。区分不同光学性质是由苯环

和喹二亚胺单元的比例决定的，它能通过还原或质子化程度来控制。

三、仪器及试剂

仪器：容量瓶、烧杯、导电玻璃、饱和甘汞电极、铂电极；电脑工作仪器一套

试剂：苯胺、不同PH值的标准溶液、浓硫酸。

四、实验步骤及现象

1、苯胺、硫酸水溶液的配置：

取一200ml容量瓶，往其中加入约150ml蒸馏水，再分别取0.02mol（1.86ml）

的苯胺和0.2mol(10.65ml)浓硫酸加入其中，冷却加水至刻线，配置苯胺的酸性

水溶液。

现象：加入苯胺和浓硫酸后，有油状液体在瓶底部，加水逐渐溶解，最后溶

液澄清，微黄。

2、电解槽的装配：

以饱和甘汞电极为参比电极，pt丝电极为辅助电极，导电玻璃（经过超声

波清洗仪清洗过的玻璃片）为研究电极组成三电极体系。将各导线与各电极接好

（绿色接工作电极，白色接参比电极，红色接辅助电极），插入装有已配置好的

苯胺溶液的小烧杯中（注意溶液不能淹没导电夹，三个电极不能接触）。

3、聚苯胺膜的制备：

选择i-t法，设定点位0.8～0.9V（0.9V），扫描400s，做出聚苯胺导电膜

在配制的0.2mol的硫酸和苯胺介质中的循环伏安曲线图，得到苯胺膜。

现象：随着电镀的进行导电玻璃上逐渐形成一层绿色的膜。

4、CHI660B仪器的预调节：

打开CHI660B的电脑操作界面，选择循环伏安法，扫描范围调节在-0.4～

1.0V，扫描速率调在50mV/s；点击开始键，并进行扫描，扫描完成后将数据及

图像储存。

6、PH值的测定：

制备一份浓度为0.5mol/L的硫酸溶液，及pH值不同的标准溶液三份

（pH=4.003，6.864，9.128）；以饱和甘汞电极为参比电极，测定聚苯胺膜电极

在各种不同pH溶液中的循环伏安曲线图，绘制pH-E响应曲线。再测定浓度为

0.5mol/L的硫酸溶液的电位值，从标准溶液的