二茂鐵基聚合物材料的制備及電化學(xué)性能研究

郎豐饒

摘 要：二茂鐵基聚合物材料在制備過程中需要以丙烯酰二茂鐵基乙酯和丙烯酰胺為原材料，采用溶液聚合法來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。對(duì)二茂鐵基聚合物材料的制備進(jìn)行詳細(xì)的闡述，同時(shí)，對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行研究與分析。

關(guān)鍵詞：丙烯酰二茂鐵基乙酯（AFcEE）；丙烯酰胺（AM）；P（AFcEE-co-AM）；修飾電極；電化學(xué)性能

基金項(xiàng)目：吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院青年科研項(xiàng)目“二茂鐵基羧酸配位聚合物的合成研究”（校20190682）

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 藥品及儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

二茂鐵基聚合物材料的制備過程所涉及的化學(xué)藥品有無水乙醇、甲醇、二氯甲烷等，必須確保在二茂鐵基聚合物材料的制備過程中所使用的丙烯酰胺、乙腈、硝酸等化學(xué)藥品都符合實(shí)驗(yàn)開展的標(biāo)準(zhǔn)[1]。除此之外，二茂鐵基聚合物材料的制備還涉及N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、無水高氯酸鋰（LiClO4）等化學(xué)藥品。全面的化學(xué)藥品是確保實(shí)驗(yàn)順利開展的基礎(chǔ)，所以，在實(shí)驗(yàn)研究開展之前一定要將所需要的化學(xué)藥品準(zhǔn)備齊全。

1.1.2 儀器

本實(shí)驗(yàn)在開展的過程中涉及DS-7510 DT超聲波清洗器、GZX-9140 MBE型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱、CHI660E電化學(xué)工作站等，這些儀器分別來自于不同的廠家，但都是本次實(shí)驗(yàn)開展過程中所必需的實(shí)驗(yàn)儀器。

1.2 丙烯酰胺聚合物的合成

丙烯酰胺聚合物合成的過程需要嚴(yán)格按照以下步驟開展：

（1）研究人員需要對(duì)丙烯酰胺聚合物合成過程中所需要的化學(xué)反應(yīng)物進(jìn)行稱量，然后將一定量的化學(xué)反應(yīng)物充分混合，進(jìn)而獲得體積分?jǐn)?shù)為40%的混合溶液。

（2）在第一步實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上往混合溶液中加入引發(fā)劑AIBN，攪拌均勻之后得到新的混合溶液。

（3）在第二步實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上將混合溶液放入溫度為75 ℃的水中，經(jīng)過6 h的恒溫水浴得到新的混合溶液，標(biāo)記為3號(hào)溶液。

（4）在3號(hào)混合溶液中加入適量甲醇溶液，再將得到的混合溶液放入超聲波清洗器內(nèi)，經(jīng)過15 min的超聲波清洗，混合溶液出現(xiàn)了分層。將試管中最上層的清液倒出去之后，將剩下的溶液放入離心機(jī)中。將離心機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)為3 000 r/min，放置20 min，即可得到橙紅色的沉淀物，再利用甲醇對(duì)沉淀物進(jìn)行清洗，接著用超純水進(jìn)行洗滌，烘干之后就可以得到純度較高的丙烯酰胺P（AFcEE-coAM）聚合物。

1.3 丙烯酰胺聚合物修飾電極的制備

1.3.1 裸玻碳電極的預(yù)處理

實(shí)驗(yàn)人員在丙烯酰胺聚合物修飾電極制備的過程中，首先，需要采用金相砂紙，對(duì)裸玻碳電極進(jìn)行按摩處理。其次，對(duì)打磨過后的裸玻碳進(jìn)行拋光處理。最后，采用無水乙醇、超純水為洗滌劑對(duì)拋光之后的裸玻碳電極進(jìn)行超聲洗滌，烘干備用。

1.3.2 丙烯酰胺聚合物修飾電極的制備

在丙烯酰胺聚合物修飾電極制備的過程中需要依次取0.01 g丙烯酰胺聚合物、2 mL甲醇放置于燒杯中進(jìn)行充分的混合，再使用微量移液器取10 μL混合溶液，將其均勻地滴涂在經(jīng)過一系列處理的裸玻碳電極表面，然后吹干，得到丙烯酰胺聚合物修飾電極。

1.4 分析與測試

1.4.1 紅外光譜分析

在用紅外光譜對(duì)丙烯酰胺聚合物修飾電極進(jìn)行分析的過程中需要一定量的樣品粉末。所采用的樣品粉末分別為AFcEE，AM，P（AFcEE-co-AM）和KBr粉末。將樣品粉末放置于坩堝中，再將這些粉末研磨細(xì)膩壓制成膜，然后采用NicoletMagna-IR750傅里葉紅外分析儀進(jìn)行測試。

1.4.2 丙烯酰胺聚合物修飾電極的電化學(xué)測試

在對(duì)丙烯酰胺聚合物修飾電極開展電化學(xué)測試的過程中需要以修飾電極為工作電極、鉑電極作為對(duì)電極，并且將氫極或氯化銀電極作為參比電極，同時(shí)在開展電化學(xué)測試的過程中需要以濃度為0.1 mol/L的高氯酸鋰為電解質(zhì)[2]，并且需要確保在一定的掃描速度下，掃描范圍保持在0～0.8 V。這樣有利于對(duì)丙烯酰胺聚合物修飾電極的電化學(xué)反應(yīng)類型以及穩(wěn)定性進(jìn)行全面的監(jiān)控，從而使得丙烯酰胺聚合物修飾電極的化學(xué)性能分析更加精準(zhǔn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

紅外圖譜如圖1所示，曲線a表示AFcEE，曲線b表示AM，曲線c表示丙烯酰胺聚合物修飾電極。

通過圖1可以看出，曲線a中在紅外線波數(shù)為3 095 cm-1和2 970 cm-1處分別出現(xiàn)端位烯烴和甲基的C—H伸縮振動(dòng)峰，在紅外線波數(shù)為1 631 cm-1和1 720 cm-1處分別出現(xiàn)C=C和C=O特征吸收峰，在紅外線波數(shù)為1 024 cm-1處出現(xiàn)了強(qiáng)吸收峰，是C—O非對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰。曲線b在紅外線波數(shù)為2 000～1 500 cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)C=C和C=O的雙峰。在丙烯酰胺聚合物修飾電極的曲線中，在波數(shù)為2 000～1 500 cm-1范圍內(nèi)，僅在1 671 cm-1處出現(xiàn)單峰，屬于C=O雙鍵的特征吸收峰，并且在3 500～2 800 cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)了AFcEE和AM的特征吸收峰，說明AFcEE與AM成功聚合成P（AFcEE-co-AM）。

P（AFcEE-co-AM）修飾電極的Ip-v1/2曲線如圖2所示。從圖2中可以得出，丙烯酰胺聚合物修飾電極的氧化還原反應(yīng)的還原峰電位與掃描儀的掃描速度之間呈現(xiàn)良好的平方根線性關(guān)系。經(jīng)過一系列的計(jì)算可以得出氧化峰電位的Ip-v1/2曲線方程為Y=-7.263 29+2.515 71X，R=0.996 10。還原峰電位的Ip-v1/2曲線方程為Y=7.754 01-2.166 25X，R'=0.996 50。依據(jù)相關(guān)的電化學(xué)原理可以得出，丙烯酰胺聚合物修飾電極上的氧化還原反應(yīng)在發(fā)生的過程中會(huì)受到擴(kuò)散的限制。

2.2 丙烯酰胺聚合物修飾電極的穩(wěn)定性

在對(duì)丙烯酰胺聚合物修飾電極穩(wěn)定性的檢測過程中，首先需要將0.01 g的丙烯酰胺聚合物單體溶解于2 mL的二氯甲烷中。其次將得到的混合溶液采用微量移液器移入提前處理好的玻碳電極表面，吹干備用。吹干之后就得到丙烯酰胺聚合物修飾電極，然后工作人員就需要將丙烯酰胺聚合物修飾電極放入到濃度為0.1 mol/L的高氯酸鋰溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安測試[3-4]。最后使用掃描儀進(jìn)行掃描，便可得到如圖3所示的丙烯酰胺聚合物修飾電極循環(huán)伏安圖。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）在丙烯酰二茂鐵基乙酯的制作過程中需要使用二茂鐵基乙醇作為原材料，然后使用丙烯酰胺聚合物制備新型二茂鐵基聚合物，最后將得到的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物采用紅外測試進(jìn)行分析，成功地得到了單體丙烯酰胺以及聚合物。

（2）在對(duì)丙烯酰胺聚合物修飾電極的電化學(xué)性能進(jìn)行研究與分析的過程中需要采用循環(huán)伏安法，發(fā)現(xiàn)其表面發(fā)生了可以受限制、可逆的氧化還原反應(yīng)。

4 結(jié)語

對(duì)二茂鐵基聚合物材料的制備以及電化學(xué)性能進(jìn)行研究與分析，希望能夠?yàn)槎扈F基鐵基聚合物材料制備提供參考。

[參考文獻(xiàn)]

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