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大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (3), 336收稿：2023-09-01；录用：2023-11-01；网络发表：2023-11-21 *通讯作者，Email:************ 基金资助：江苏省高等学校自然科学研究面上项目(21KJB430007)；苏州市产业前瞻与关键核心技术项目(SYC2022150)；2020年苏州科技大学校级一流专业建设点项目；2022年苏州科技大学本科品牌专业建设点项目•化学实验•doi: 10.3866/PKU.DXHX202309002电化学法合成聚苯胺及其防腐蚀应用——“聚苯胺化学合成”实验的改进与创新设计蒋莉*，陈昌正，苏洋，宋浩，董延茂，袁妍，李理苏州科技大学，化学与生命科学学院，江苏 苏州 215009摘要：聚苯胺作为最受关注的导电高分子材料之一，在诸多领域均有广泛应用。
聚苯胺的化学合成实验是材料化学及相关专业实验教学中的代表性实验，然而，该实验存在诸多不足，如产物性质对溶剂的选择、掺杂剂类型、反应时间、温度等条件高度敏感，表征手段单一，产率不稳定且重现性差等。
本实验是对“聚苯胺化学合成”实验的改进，将原实验中化学合成法更改为电化学合成法，同时结合了仪器分析实验“循环伏安分析法”和开放性实验“防腐涂料的制备”等相关课程实验，巧妙地将其从一个验证性制备实验改进为一个集制备条件自主选择及防腐性质测试为一体的创新设计实验，使学生连贯地学习聚苯胺的合成、掺杂及相关的电化学知识，对导电高分子的广泛应用有更清晰的认识。
本改进实验内容丰富，更贴合现代化学及材料学科发展，有助于学生将多门课程中的理论知识融会贯通，提升综合技能。
关键词：聚苯胺；电化学合成；掺杂；防腐蚀 中图分类号：G64；O6Electrochemical Synthesis of Polyaniline and Its Anticorrosive Application: Improvement and Innovative Design of the “Chemical Synthesis of Polyaniline” ExperimentLi Jiang *, Changzheng Chen, Yang Su, Hao Song, Yanmao Dong, Yan Yuan, Li LiSchool of Chemistry and Life Sciences, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215009, Jiangsu Province, China.Abstract: Polyaniline, as one of the most widely studied conductive polymer materials, has been widely used in many fields. The chemical synthesis experiment of polyaniline is a representative experiment in the teaching of materials chemistry and related subjects. However, this experiment has several shortcomings, such as the high sensitivity of product properties to solvent selection, dopant types, reaction time, temperature, limited characterization methods, unstable yield, and poor reproducibility. This experiment is an improvement of the “Chemical Synthesis of Polyaniline” experiment, where the original chemical synthesis method is replaced with an electrochemical synthesis method. It combines instrumental analysis experiments such as “Cyclic Voltammetry Analysis” and open-ended experiments such as “Preparation of Anticorrosive Coatings” to transform it from a confirmatory preparation experiment to an innovative design experiment that integrates autonomous selection of preparation conditions and testing of anticorrosive properties. This allows students to learn the synthesis, doping, and related electrochemical knowledge of polyaniline in a coherent manner, leading to a clearer understanding of the wide-ranging applications of conductive polymers. This improved experiment is rich in content and better aligns with the development of modern chemistry andmaterials science, helping students integrate theoretical knowledge from multiple courses and enhance their comprehensive skills.Key Words: Polyaniline; Electrochemical synthesis; Doping; Anticorrosion20世纪70年代，Shirakawa等[1]通过使用碘蒸气氧化聚乙炔时，发现半导体性质的聚乙炔电导率增加了1000万倍，从而提出了导电高分子的概念。
导电聚苯胺的化学合成及导电性能魏渊石圆圆罗亚茹刘正伦（广州大学化学化工学院化工系）摘要导电聚苯胺是结构和性能最稳定的导电高分子材料, 有较广泛的应用前景。
本实验用化学氧化合成方法，研究了氧化剂种类、用量以及介质酸的浓度等因素对苯胺聚合反应及产物性能的影响，并运用四探针法在电阻率测试仪上完成了PAn的电导率测试。
关键词导电聚苯胺，化学合成，掺杂，电导率前言传统的有机化合物由于分子间的相互作用弱，一般皆认为是绝缘体。
因而过去一直只注重高分子材料的力学性能和化学性能。
20世纪50年代初人们发现有些有机物具有半导体性质；60年代末又发现了一些具有特殊晶体结构的电荷转移复合物；70年代初发现了具有一定的导电性的四硫富瓦烯一四睛代对苯醒二甲烷(TTF一TCNQ)。
1977年人们发现：聚乙炔化学掺杂后电导率急剧增加，可以达到金属秘的导电性能。
此后人们开始关注高分子材料的导电性，逐渐开发出各种导电性高分子材料，如聚乙炔、聚毗咯、聚噬吩和聚苯胺等。
直到1984年聚苯胺才被MacDiarmid等人重新开发，他们在酸性条件下制备了高电导率的聚苯胺；1987年，日本桥石公司和精工电子公司联合制得了用聚苯胺为电极制成的钮扣式二次电池作为商品投向市场,使聚苯胺很快成为导电高分子中的研究热点[1]。
本实验采用盐酸进行掺杂，使苯胺氧化聚合为聚苯胺，而且就氧化剂的种类与用量、介质酸的浓度等因素对苯胺聚合产物的产率和导电性能的影响等进行了探究。
其聚合反应历程如0.1所示【2】图0.1 Radical reaction course of PANI polymerization 聚合反应可以分为三步：链引发、链增长和链终止。
首先，苯胺被慢速氧化形成阳离子自由基，苯胺阳离子自由基的形成是决定反应速率主要的一步。
接着，这个自由基阳离子可能失去质子或电子，与苯胺单体结合生成一个苯胺的二聚体，这种结合主要是以头尾相连接的方式结合，二聚体一旦形成，就可以被氧化剂迅速的氧化成醒亚胺结构，这是因为它的氧化潜能低于苯胺的氧化潜能。
聚苯胺材料在电化学传感中的应用研究绪论聚苯胺是一类常见的含氮高分子材料，其化学结构稳定，具有优良的导电性能和储存性能，因此被广泛应用于电化学传感和电子器件领域。
本文将重点探讨聚苯胺材料在电化学传感中的应用研究。
聚苯胺合成方法聚苯胺通常采用化学氧化聚合法和电化学聚合法两种方法进行合成。
其中，化学氧化聚合法具有操作简便、反应快速的优势，但是产物纯度较低、结构不稳定，且需要使用有毒化学试剂，不利环保。
电化学聚合法则克服了这些缺点，此方法可通过电解溶液中的苯胺单体来制备聚苯胺，具有操作简单、结构稳定且不需使用有毒物质等优势。
聚苯胺在电化学传感中的应用研究1. 氧气传感器氧气传感器是一种广泛应用于空气污染监测、医疗诊断、食品卫生等领域的传感器。
传统的氧气传感器主要采用贵金属或硅基半导体材料制备，但其制备成本较高，不便于大规模生产。
聚苯胺作为一种廉价的合成材料，可用于制备氧气传感器，具有成本低、灵敏度高等优势。
2. pH传感器pH传感器是用于测量溶液的酸碱度的一种传感器。
传统的pH传感器采用玻璃电极或者离子选择性电极制备，但其操作比较繁琐，且易受温度、湿度、化学物质等因素的干扰。
聚苯胺材料作为一种新型的pH传感器材料，具有结构简单、灵敏度高、响应速度快等优点。
3. 生物传感器生物传感器是一种可用于检测生物分子、生物体和生物过程的传感器。
传统的生物传感器主要采用ELISA技术等各种方法，但存在操作复杂、响应慢等问题。
而聚苯胺材料可以用于制备多种生物传感器，例如用于检测生物体内氧分压变化的生物传感器等，具有结构简单、响应速度快等优点。
结论综上所述，聚苯胺作为一种广泛应用于电化学传感中的材料，在氧气传感器、pH传感器和生物传感器等领域都具有广阔的应用前景。
未来，我们应该进一步优化其制备方法，提高其性能，以更好地发挥其在电化学传感中的作用。
《聚苯胺导电水凝胶的制备及其在柔性电极中的应用》一、引言随着科技的发展，柔性电子设备逐渐成为人们日常生活的重要组成部分。
其中，柔性电极作为柔性电子设备的关键组成部分，其性能的优劣直接决定了设备的使用效果。
近年来，聚苯胺导电水凝胶作为一种新型的柔性电极材料，因其优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性而备受关注。
本文将介绍聚苯胺导电水凝胶的制备方法及其在柔性电极中的应用。
二、聚苯胺导电水凝胶的制备聚苯胺导电水凝胶的制备主要采用化学氧化聚合法。
具体步骤如下：1. 将苯胺单体与适当的掺杂剂（如硫酸）混合，制备出苯胺溶液。
2. 在一定温度下，向苯胺溶液中加入氧化剂（如过硫酸铵），引发苯胺单体的聚合反应。
3. 通过控制反应条件（如温度、时间、掺杂剂和氧化剂的浓度等），使聚苯胺形成水凝胶状结构。
4. 对制备出的聚苯胺导电水凝胶进行清洗、干燥等后处理，以提高其性能。
三、聚苯胺导电水凝胶的性能聚苯胺导电水凝胶具有优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性。
其导电性能主要来源于聚苯胺的共轭结构，使得电子能够在分子链上自由移动。
同时，水凝胶状结构使得聚苯胺导电水凝胶具有良好的柔韧性和生物相容性，能够适应各种复杂的形状和弯曲程度，且对人体无害。
四、聚苯胺导电水凝胶在柔性电极中的应用聚苯胺导电水凝胶在柔性电极中的应用主要体现在以下几个方面：1. 制备方法简单：聚苯胺导电水凝胶可以通过简单的化学氧化聚合法制备，成本低廉，易于规模化生产。
2. 柔韧性好：聚苯胺导电水凝胶具有良好的柔韧性，能够适应各种复杂的形状和弯曲程度，适用于制备柔性电极。
3. 导电性能优异：聚苯胺导电水凝胶具有优异的导电性能，能够满足柔性电极的高导电要求。
4. 生物相容性好：聚苯胺导电水凝胶对人体无害，可用于制备与人体直接接触的柔性电极。
五、结论聚苯胺导电水凝胶作为一种新型的柔性电极材料，具有优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性，在柔性电子设备中具有广泛的应用前景。
1. 了解聚苯胺的制备方法及其应用。
2. 掌握聚苯胺的合成原理和实验步骤。
3. 学习并掌握电化学合成聚苯胺的方法。
二、实验原理聚苯胺（Polyaniline，PANI）是一种导电聚合物，具有独特的化学、物理和电化学性质。
其制备方法主要有化学氧化法和电化学合成法。
本实验采用电化学合成法，通过在导电聚合物溶液中施加电压，使单体苯胺在电极上发生氧化聚合反应，形成聚苯胺。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：- 三电极体系：工作电极（铂电极）、参比电极（银/氯化银电极）、辅助电极（铂电极）- 伏安仪- 磁力搅拌器- 真空干燥箱- 电子天平- 移液器- 烧杯- 离心机2. 试剂：- 苯胺（分析纯）- 硼砂（分析纯）- 硫酸（分析纯）- 蒸馏水1. 准备工作：（1）将苯胺、硼砂和硫酸按一定比例混合，配制成单体溶液。
（2）将单体溶液置于三电极体系中，调整电极间距，确保工作电极与参比电极、辅助电极之间距离适宜。
2. 电化学合成：（1）打开伏安仪，设置合适的扫描速度和电位范围。
（2）在单体溶液中施加电压，进行电化学聚合反应。
（3）观察反应过程中溶液的颜色变化，当溶液颜色变为深蓝色时，停止反应。
3. 沉淀分离：（1）将反应后的溶液离心分离，收集沉淀物。
（2）用蒸馏水洗涤沉淀物，去除杂质。
4. 干燥与表征：（1）将洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中，干燥至恒重。
（2）对干燥后的聚苯胺进行表征，如红外光谱（IR）、扫描电子显微镜（SEM）等。
五、实验结果与分析1. 反应过程中溶液颜色变化：反应开始时，溶液颜色为浅黄色，随着反应的进行，溶液颜色逐渐变为深蓝色。
2. 聚苯胺的表征：（1）红外光谱（IR）分析：聚苯胺在红外光谱中显示出明显的特征峰，如苯环、苯胺基团等。
（2）扫描电子显微镜（SEM）分析：聚苯胺呈现出明显的层状结构，具有良好的导电性。
六、实验结论本实验采用电化学合成法成功制备了聚苯胺。
实验结果表明，聚苯胺具有良好的导电性和稳定性，具有较高的应用价值。
聚苯胺电化学沉积及其电性能论文摘要：通过脉冲电位法的两种实验结果的比较，可以发现：脉冲电位法电沉积中，脉冲100次所得到的聚苯胺电极电化学活性最好、比电容可达到345F/g。
一、前言在导电高分子的研究中，电化学聚合法已广泛应用，具有潜在的工业化前景[1]。
近年来，电化学方法逐渐发展起来，一些具有特殊性质的高分子配合物[2]和导电聚合物[3-4]等都可以利用电化学法进行沉积。
聚苯胺（PANI）是一种普遍应用的导电材料，因其合成工艺简便、化学稳定性良好、原料易得而受到广大科研人员的关注。
电化学制备聚苯胺以电场为动力、在含有苯胺的电解质溶液中，选择合适的沉积条件，直接氧化聚合苯胺單体，从而在工作电极上生成聚苯胺。
本文主要利用脉冲电位法在电化学处理后的石墨纸上进行聚苯胺的沉积。
通过不同的沉积条件，探究其电化学性能。
1.实验部分采用天然鳞片石墨，经过酸溶液插层、氧化、微波膨胀后得到膨胀石墨粉，膨胀石墨粉经过压片、粗化得到膨胀石墨载体，干燥、称量后待用。
以粗化后的石墨圆片作为工作电极，在自制的酸性溶液中，利用脉冲电位法沉积，得到沉积在石墨电极上的聚苯胺。
设置脉冲电位范围0.35V～0.85V，脉冲宽度为5s，脉冲次数为100次。
改变脉冲次数为160次，重复以上实验过程，比较不同脉冲次数聚苯胺的电性能。
在5mol/LH2S04溶液中，-0.2V～0.6V的电位范围内，以10mV/s 扫描速度对已经沉积的聚苯胺进行电化学活性研究。
之后分别在10mA/cm2、5mA/cm2、1mA/cm2电流密度下进行充放电测试，得到聚苯胺的电容量。
2.结果与讨论在5mol/LH2SO4溶液中，对沉积后的聚苯胺进行扫描，脉冲次数为100次和160次的循环伏安曲线如图1、图2所示。
由图2可见，点A处为还原峰，对应峰电位为0.07V、峰电流为0.039A；点B处为氧化峰，对应峰电位为0.29V、峰电流为0.071A。
由图2可见，点A’处出现还原峰，对应峰电位为0.09V、峰电流为0.002A；点B’处出现氧化峰，对应峰电位为0.23V、峰电流为0.004A。
《聚苯胺基导电水凝胶的制备和性能研究及其在柔性传感器的应用》一、引言随着科技的发展，柔性电子器件在众多领域中得到了广泛的应用。
其中，柔性传感器因其独特的性能和广泛的应用前景，受到了广泛的关注。
聚苯胺基导电水凝胶作为一种新型的柔性材料，具有优异的导电性、柔韧性和生物相容性，是制备柔性传感器的重要材料之一。
本文将重点探讨聚苯胺基导电水凝胶的制备方法、性能研究及其在柔性传感器中的应用。
二、聚苯胺基导电水凝胶的制备聚苯胺基导电水凝胶的制备主要包括原料准备、化学反应和凝胶化过程。
首先，需要准备聚苯胺单体、交联剂、溶剂等原料。
然后，通过化学聚合反应将聚苯胺单体进行聚合，形成聚苯胺链。
接着，通过加入交联剂和溶剂，使聚苯胺链发生交联和凝胶化，最终形成聚苯胺基导电水凝胶。
三、聚苯胺基导电水凝胶的性能研究聚苯胺基导电水凝胶具有优异的导电性、柔韧性和生物相容性。
首先，其导电性能主要源于聚苯胺链中的π电子共轭结构，使得其具有较高的电导率。
其次，其柔韧性主要归因于水凝胶的三维网络结构，使其能够在受到外力时发生形变而不破裂。
此外，其生物相容性使其在生物医学领域具有广泛的应用前景。
通过对聚苯胺基导电水凝胶的电学性能、力学性能和生物相容性等方面进行深入研究，可以为其在柔性传感器中的应用提供重要的理论依据。
四、聚苯胺基导电水凝胶在柔性传感器中的应用聚苯胺基导电水凝胶在柔性传感器中的应用主要表现在其可以作为传感器的敏感元件。
由于聚苯胺基导电水凝胶具有优异的导电性和柔韧性，可以将其制备成薄膜、纤维等形态，用于构建柔性传感器。
在传感器中，聚苯胺基导电水凝胶可以感知外界的形变、压力、温度等物理量，并将这些物理量转化为电信号，从而实现对外界环境的感知和响应。
此外，聚苯胺基导电水凝胶的生物相容性也使其在生物医学传感器、人工皮肤等领域具有广泛的应用前景。
五、结论聚苯胺基导电水凝胶作为一种新型的柔性材料，具有优异的导电性、柔韧性和生物相容性，为柔性传感器的制备提供了新的选择。
第1篇一、实验目的1. 了解聚苯胺的合成原理和电化学合成方法。
2. 掌握电化学合成聚苯胺的实验操作技能。
3. 研究不同合成条件对聚苯胺性能的影响。
二、实验原理聚苯胺（Polypyrrole，PPy）是一种具有导电性的导电聚合物，其合成方法主要有化学氧化法和电化学合成法。
本实验采用电化学合成法，通过在苯胺溶液中引入氧化剂，在电极上发生氧化还原反应，生成聚苯胺。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：苯胺、氧化剂（如过硫酸铵）、导电聚合物溶液、导电聚合物粉末、电极、电解液、电化学工作站等。
2. 实验仪器：电化学工作站、恒温水浴、磁力搅拌器、电子天平、玻璃电极、电极夹具、扫描电镜等。
四、实验步骤1. 准备工作：（1）配制苯胺溶液：称取一定量的苯胺，加入适量的溶剂（如无水乙醇）溶解，配制成一定浓度的苯胺溶液。
（2）配制氧化剂溶液：称取一定量的氧化剂，加入适量的溶剂溶解，配制成一定浓度的氧化剂溶液。
（3）准备电极：将导电聚合物粉末与导电聚合物溶液混合，涂覆在电极上，晾干备用。
2. 电化学合成：（1）将电极浸入电解液中，调整电极电位。
（2）开启电化学工作站，进行电化学合成实验，记录电流、电压等参数。
（3）实验结束后，取出电极，用扫描电镜观察聚苯胺的形貌。
3. 性能测试：（1）用电化学工作站测试聚苯胺的电化学性能，如电导率、氧化还原峰电流等。
（2）用电子天平称量电极的质量，计算聚苯胺的质量。
五、实验结果与分析1. 形貌观察：扫描电镜结果显示，聚苯胺在电极上形成均匀的薄膜，具有良好的导电性。
2. 电化学性能：（1）电导率：实验结果显示，聚苯胺的电导率随氧化剂浓度的增加而增加，在氧化剂浓度为0.1 mol/L时，电导率达到最大值。
（2）氧化还原峰电流：实验结果显示，聚苯胺的氧化还原峰电流随氧化剂浓度的增加而增加，在氧化剂浓度为0.1 mol/L时，氧化还原峰电流达到最大值。
六、实验结论1. 采用电化学合成法可以成功合成聚苯胺，且具有良好的导电性。
电化学方法合成聚苯胺的研究摘要膜科学技术自50年代以来发展迅速，现已在工业、农业、医学等领域获得广泛应用。
就膜材料而言，有机膜发展最早，因其柔韧性好、成膜性能好、品种多等优点而获得大规模应用。
聚苯胺电致变色膜作为一种导b电聚合物材料，具有易合成、均相、性质均一、能牢固附着在支持物上等优点具有广阔的市场应用前景。
本文利用循环伏安法，采用三电极体系，研究在碳布电极表面合成聚苯胺膜。
本实验考查了苯胺单体浓度、溶液酸度、质子酸类型、线性扫描速率、扫描圈数等对合成聚苯胺膜的影响规律。
实验发现聚苯胺的电化学氧化过程是一个自催化过程。
镀液中苯胺单体浓度越大对成膜越有利，但是受苯胺的溶解度影响，镀液中的硫酸与苯胺的浓度比应大于1 : 1。
另外降低扫描速率，适当增加扫描圈数有利于聚苯胺膜的形成，最佳扫描速率为25mv/s。
聚苯胺的电化学活性明显依赖于质子化的程度，在苯胺与硫酸组成的镀液中，H2SO4浓度越大，膜的氧化还原可逆性越大，聚苯胺的自催化效应越强，质子酸中硫酸对聚苯胺的电化学生成的促进作用最大。
关键词：聚苯胺，循环伏安，影响规律AbstractThe technology of film science has developed rapidly since the 1950s. It is widely used in industry, agriculture, medicine and other fields. The organic film was developed first. It is well applied in many filds because of its flexibility, film-forming properties, and has many kinds of product. The electrochromic display film of polyaniline is one of electronically conducting polymers, it has a broad market prospect because it is easily synthesized, character uniform and can be firmly attached to the substrates. The work studied synthesis of polyaniline film on carbon cloth with three elctrodes by means of cyclic voltammograms.Synthesis of polyaniline films on carbon cloth are related to aniline concentration, solution acidity, bronsted acid type, linear scan rate and scanning numbers etc. It was found that the polyaniline electrochemical oxidation process is a self-catalytic process. It was found the higher the aniline concentration is, the esaier polyaniline synthesize is, because of the solubility of aniline in the water, sulfuric acid and aniline should be more than 1: 1 in concentration. Furthermore it was favorable to synthesize polyaniline films when reduce scan rate and increase the numbers of scanning appropriately, and the best scan rate is 25 mv/s. The activity of polyaniline films was significantly depended on the extent of the proton, in the solution of aniline and sulfuric acid bath, the greater the H2SO4concentration is, the greater the film’s redox reversible is, the stronger the self-catalytic effect is ,and sulfuric acid can promote the speed of synthesis ofpolyaniline on the carbon cloth.Key words: polyaniline，cyclic voltammograms，effect rules目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (6)1.1引言 (6)1.2聚苯胺的结构、颜色和导电性 (7)1.3聚苯胺的应用 (8)1.3.1 在金属防腐上的应用 (8)1.3.2 在电池方面的应用 (9)1.3.3 在导电纤维上的应用 (9)1.3.4 在电磁屏蔽材料方面的应用 (10)1.3.5 在抗静电方面的应用 (10)1.3.6 在其它方面的应用 (11)1.4聚苯胺的合成方法 (11)1.4.1 化学方法 (11)1.4.3 微乳液聚合 (12)1.4.4 电化学方法 (13)1.5循环伏安法 (16)1.6本论文的工作 (18)第二章实验部分 (18)2.1实验装置与仪器 (18)2.2化学试剂 (19)2.3实验步骤 (19)2.3.1 碳纤维电极预处理 (19)2.3.2 溶液配制 (20)2.3.3 聚苯胺膜的电化学制备 (20)第三章结果与讨论 (21)3.1苯胺单体浓度对成膜的影响 (21)3.2循环伏安扫描圈数对成膜的影响 (23)3.3循环伏安扫描速率对成膜的影响 (25)3.4酸度对聚苯胺在电极表面成膜的影响 (26)3.5质子酸类型对成膜的影响 (28)3.6聚苯胺膜在碳布表面形貌观察 (29)第四章结论 (31)参考文献 (32)致谢 (35)第一章绪论1.1 引言材料科学已经成为21世纪的前沿科学，材料科学的发展对许多科学领域的发展都有促进作用。
