论文部分内容阅读
导电高分子聚苯胺(PAni)和聚吡咯(PPy)具有易合成、环境稳定性好、氧化还原可逆性好、导电性高等优点,在生命科学、传感器、电池、光电器件、和金属防腐等领域有重要的研究和应用价值。本文在不锈钢表面制备了不同物质掺杂的PAni膜和PPy膜,采用红外光谱、扫描电子显微镜分别对导电PAni和PPy的结构、形貌进行了表征,采用线性扫描伏安曲线、自腐蚀电位-时间曲线、动电位极化曲线、电化学阻抗谱等方法研究了PAni和PPy对不锈钢的防腐蚀机理,采用循环伏安法和恒电流充放电曲线研究了贵金属掺杂的PAni复合物的电容性质。采用循环伏安法分别在不锈钢表面在不含和含1 mmol L-1H2PtCl6的苯胺+高氯酸溶液中合成PAni膜和Pt掺杂的PAni复合物膜,在2 mol L-1H2SO4溶液中研究了两种膜对不锈钢的防腐蚀作用,在0.5 mol L-1H2SO4溶液中研究了两种膜的电容性能。结果表明,循环伏安法合成复合物时每圈循环沉积铂的量随循环圈数先增加后减少,铂在聚苯胺膜内外都有分布。自腐蚀电位-时间曲线结果表明PAni膜掺杂了Pt可以催化氧还原反应,氧化还原态聚苯胺,从而维持对不锈钢的保护。动电位极化曲线结果表明PAni/Pt复合物膜相较于纯PAni膜对不锈钢提供更长时间的保护。电化学阻抗谱结果表明,掺杂了Pt的PAni复合物膜电荷传递阻抗在14h内并无明显增大,离子扩散模型接近理想电容型离子扩散,说明PAni/Pt复合物中的氧化态聚苯胺浓度一直比较大。PAni/Pt复合物膜的循环伏安曲线面积大于PAni膜,恒电流充放电曲线测试时PAni/Pt复合物膜的放电时间比PAni膜长,表明PAni/Pt的储电能力比PAni膜好。采用恒电位法在不含和含0.1 mol L-1铁氰化钾(K3Fe(CN)6)的苯胺+硫酸+硝酸钾溶液中在不锈钢表面制备了PAni膜(简记为PAni和PAni-Fe(CN)6),研究了这两种PAni膜对不锈钢的防腐蚀作用。结果表明溶液中的铁氰化钾有利于不锈钢表面的钝化,电位阶跃的电流-时间曲线结果表明Fe(CN)63-掺杂的PAni膜能抑制不锈钢在0.1 mol L-1HCl+0.1 mol L-1H2SO4溶液中的小孔腐蚀。在0.1 mol L-1 HCl溶液中SS/PAni-Fe(CN)6的自腐蚀电位维持高电位的时间更长,并且SS/PAni-Fe(CN)6的自腐蚀电位始终高于SS/PAni。在0.02 mol L-1 HCl+0.04 mol L-1H28O4溶液中的动电位极化曲线结果表明PAni-Fe(CN)6膜中Fe(CN)63-能与不锈钢表面附近溶解的金属离子结合形成金属铁氰化物薄层覆盖在不锈钢的钝化膜上,使钝化层得以稳定,随浸泡时间延长,SS/PAni-Fe(CN)6的自腐蚀电位有所升高,自腐蚀电流减小。在0.02 mol L-1 HCl+0.04 mol L-1 H2SO4溶液中测得的波特幅频图中,SS/PAni-Fe(CN)6在中频段出现一条斜线,说明PAni-Fe(CN)6膜能更好的阻止腐蚀溶液的渗透。采用恒电位法在不含和含0.02 mol L-1二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)的吡咯+对甲基苯磺酸溶液中在不锈钢表面制备了PPy膜(简记为PPy-HTSO和PPy-HTSO-AOT)。研究了PPy膜在NaCl溶液中对不锈钢的防腐蚀作用。扫描电子显微镜结果表明PPy-HTSO膜表面颗粒堆积,成团聚状,而PPy-HTSO-AOT膜表面颗粒均匀分布。在0.5 mol L-1NaNO3溶液中的循环伏安曲线结果表明AOT掺杂的PPy膜与小体积阴离子的离子交换反应受到抑制。自腐蚀电位时间-曲线结果表明SS/PPy-HTSO-AOT的自腐蚀电位下降更慢,自腐蚀电位相对更高。动电位极化曲线测试时,SS/PPy-HTSO-AOT浸泡2 h后自腐蚀电流变化不大,说明PPy-HTSO-AOT膜对腐蚀溶液的机械隔离作用更好。波特幅频图中,SS/PPy-HTSO-AOT在中频段出现一条斜线,这说明PPy-HTSO-AOT膜能更好地阻止腐蚀溶液的渗透。在波特幅频图0.01 Hz处,SS/PPy-HTSO-AOT的阻抗模值比SS/PPy-HTSO高一个数量级,奈奎斯特图中前者的界面电荷转移电阻更大,都说明AOT的掺杂提高了PPy膜的防腐蚀性能。