【摘要】：聚吡咯(polypyrrole,PPy)是氧化還原可逆性好、電導(dǎo)率高、穩(wěn)定性好、易制備的典型導(dǎo)電聚合物之一,可采用電化學(xué)方法和化學(xué)氧化法聚合吡咯單體制備。近年來,隨著納米材料的蓬勃發(fā)展,不同結(jié)構(gòu)形貌的聚吡咯納米材料相繼被制備,如納米球、納米棒、納米管等。這些納米材料表現(xiàn)出特異的光、電、磁、熱、力、機(jī)械等性能,應(yīng)用前景廣闊。相比其他形貌,納米管材料具有比表面積大、活性位點(diǎn)多、導(dǎo)電性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),適合于電化學(xué)器件開發(fā)應(yīng)用。靜電紡絲技術(shù)是一種能高效生產(chǎn)比表面積大、孔隙率高、連續(xù)且均一的納米纖維的技術(shù)。利用靜電紡納米纖維為模板,可有效制備長徑比高、均一且比表面積大的導(dǎo)電聚合物納米管,極大促進(jìn)了中空納米材料的發(fā)展。本文以靜電紡絲為主要技術(shù)手段制備聚苯乙烯(PS)納米纖維,并以此為模板得到PPy納米管。在PPy納米管表面負(fù)載超細(xì)銅納米顆粒得到聚吡咯-銅納米復(fù)合纖維(PPy-Cu),通過不同表征技術(shù)和電化學(xué)手段對制得的材料進(jìn)行表征。通過優(yōu)化操作條件,成功開發(fā)亞硝酸鹽(NO_2~-)電化學(xué)傳感器。主要結(jié)論如下:1、以PS為紡絲前驅(qū)體,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑,并加入正四丁基溴化銨(TBAB)調(diào)節(jié)溶液導(dǎo)電性以配制紡絲前驅(qū)液,經(jīng)靜電紡絲方法制得直徑約為150 nm的PS納米纖維。PS磺化后,進(jìn)行化學(xué)聚合得到PPy包覆層,進(jìn)一步用四氫呋喃(THF)去除PS內(nèi)芯得到管壁厚度為89~136 nm的PPy納米管。傅里葉變換紅外光譜法(FT-IR)以及掃描電子顯微鏡(SEM)技術(shù)證明,PPy納米管的形成。同時,研究發(fā)現(xiàn)PPy納米管的形態(tài)可以通過改變Py濃度來調(diào)節(jié),當(dāng)吡咯溶液濃度為0.6%時,PPy納米管形貌均勻,壁厚約為80±7 nm,管內(nèi)徑為110±26 nm。采用三電極系統(tǒng)對PPy修飾電極(PPy/GCE)進(jìn)行循環(huán)伏安(CV)掃描發(fā)現(xiàn),直徑較小且顆粒分布均勻的PPy對應(yīng)的氧化還原活性高,活性位點(diǎn)多,有效提升電化學(xué)傳感器的電子傳輸。2、采用電化學(xué)沉積法,在PPy納米管修飾電極表面均勻負(fù)載超細(xì)銅納米粒子。透射電子顯微鏡(TEM)分析及X射線光電子能譜(XPS)技術(shù)分析PPy-Cu納米管復(fù)合物微觀形貌及組成,證明Cu主要以零價形式存在,且顆粒高度分散,均勻負(fù)載于PPy管壁的內(nèi)表面和外表面。隨著電解時間增大,Cu納米顆粒的尺寸和含量略有增大,尺寸變化范圍在2.5~5.0 nm之間。其中0.6%Py聚合得到對應(yīng)的PPy(0.6)/GCE電化學(xué)響應(yīng)信號最強(qiáng)。3、CV掃描發(fā)現(xiàn)PPy-Cu對NO_2~-的還原具有良好的催化活性。通過改變PPy形態(tài)、Cu負(fù)載量及H_2SO_4濃度進(jìn)一步優(yōu)化PPy-Cu電極的催化響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)Cu電解時間為200 s時,Cu納米顆粒的粒徑為4.2±1.2 nm,對應(yīng)的PPy(0.6)-Cu/GCE對NO_2~-的還原催化活性最高。在優(yōu)化條件下,NO_2~-的濃度分別在0.1?0.7μM和0.7?1040.7μM的范圍內(nèi),催化還原電流值與NO_2~-濃度之間呈良好的線性關(guān)系,相應(yīng)的校準(zhǔn)方程為:Ip(μA)=-1.5688C-0.01487(R~2=0.9911)和Ip(μA)=-0.0458C-0.77763(R~2=0.9996),檢測限約為0.03μM(S/N3)。該電極成功應(yīng)用于實際湖水和地下水中NO_2~-檢測,測試結(jié)果和光度法一致。PPy-Cu/GCEs的高選擇性、穩(wěn)定性和可重復(fù)性證明了NO_2~-傳感應(yīng)用的巨大潛力。
【圖文】：

PPy結(jié)構(gòu)式Fig.1-2Structureofpolypyrrole

4，，對PPy性能的提升有很大的科學(xué)意義[21,能的方法探索制備出不同形貌的 PPy，如狀[9, 48]、納米管狀[10, 49-51]等，進(jìn)一步擴(kuò)當(dāng)，易形成顆粒狀的 PPy（如圖 1-4）。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X830;TB383.1

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本文編號：2680045