二茂铁基聚合物材料的制备及电化学性能研究

2020-02-04郎丰饶

现代盐化工 2020年5期

关键词：丙烯酰胺电化学电极

郎丰饶

摘要：二茂铁基聚合物材料在制备过程中需要以丙烯酰二茂铁基乙酯和丙烯酰胺为原材料，采用溶液聚合法来进行化学反应。对二茂铁基聚合物材料的制备进行详细的阐述，同时，对其电化学性能进行研究与分析。

关键词：丙烯酰二茂铁基乙酯（AFcEE）；丙烯酰胺（AM）；P（AFcEE-co-AM）；修饰电极；电化学性能

基金项目：吉林农业科技学院青年科研项目“二茂铁基羧酸配位聚合物的合成研究”（校20190682）

1 实验

1.1 药品及仪器

1.1.1 实验药品

二茂铁基聚合物材料的制备过程所涉及的化学药品有无水乙醇、甲醇、二氯甲烷等，必须确保在二茂铁基聚合物材料的制备过程中所使用的丙烯酰胺、乙腈、硝酸等化学药品都符合实验开展的标准[1]。除此之外，二茂铁基聚合物材料的制备还涉及N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、无水高氯酸锂（LiClO4）等化学药品。全面的化学药品是确保实验顺利开展的基础，所以，在实验研究开展之前一定要将所需要的化学药品准备齐全。

1.1.2 仪器

本实验在开展的过程中涉及DS-7510 DT超声波清洗器、GZX-9140 MBE型数显鼓风干燥箱、CHI660E电化学工作站等，这些仪器分别来自于不同的厂家，但都是本次实验开展过程中所必需的实验仪器。

1.2 丙烯酰胺聚合物的合成

丙烯酰胺聚合物合成的过程需要严格按照以下步骤开展：

（1）研究人员需要对丙烯酰胺聚合物合成过程中所需要的化学反应物进行称量，然后将一定量的化学反应物充分混合，进而获得体积分数为40%的混合溶液。

（2）在第一步实验操作的基础上往混合溶液中加入引发剂AIBN，搅拌均匀之后得到新的混合溶液。

（3）在第二步实验操作的基础上将混合溶液放入温度为75 ℃的水中，经过6 h的恒温水浴得到新的混合溶液，标记为3号溶液。

（4）在3号混合溶液中加入适量甲醇溶液，再将得到的混合溶液放入超声波清洗器内，经过15 min的超声波清洗，混合溶液出现了分层。将试管中最上层的清液倒出去之后，将剩下的溶液放入离心机中。将离心机的转速调为3 000 r/min，放置20 min，即可得到橙红色的沉淀物，再利用甲醇对沉淀物进行清洗，接着用超纯水进行洗涤，烘干之后就可以得到纯度较高的丙烯酰胺P（AFcEE-coAM）聚合物。

1.3 丙烯酰胺聚合物修飾电极的制备

1.3.1 裸玻碳电极的预处理

实验人员在丙烯酰胺聚合物修饰电极制备的过程中，首先，需要采用金相砂纸，对裸玻碳电极进行按摩处理。其次，对打磨过后的裸玻碳进行抛光处理。最后，采用无水乙醇、超纯水为洗涤剂对抛光之后的裸玻碳电极进行超声洗涤，烘干备用。

1.3.2 丙烯酰胺聚合物修饰电极的制备

在丙烯酰胺聚合物修饰电极制备的过程中需要依次取0.01 g丙烯酰胺聚合物、2 mL甲醇放置于烧杯中进行充分的混合，再使用微量移液器取10 μL混合溶液，将其均匀地滴涂在经过一系列处理的裸玻碳电极表面，然后吹干，得到丙烯酰胺聚合物修饰电极。

1.4 分析与测试

1.4.1 红外光谱分析

在用红外光谱对丙烯酰胺聚合物修饰电极进行分析的过程中需要一定量的样品粉末。所采用的样品粉末分别为AFcEE，AM，P（AFcEE-co-AM）和KBr粉末。将样品粉末放置于坩埚中，再将这些粉末研磨细腻压制成膜，然后采用NicoletMagna-IR750傅里叶红外分析仪进行测试。

1.4.2 丙烯酰胺聚合物修饰电极的电化学测试

在对丙烯酰胺聚合物修饰电极开展电化学测试的过程中需要以修饰电极为工作电极、铂电极作为对电极，并且将氢极或氯化银电极作为参比电极，同时在开展电化学测试的过程中需要以浓度为0.1 mol/L的高氯酸锂为电解质[2]，并且需要确保在一定的扫描速度下，扫描范围保持在0～0.8 V。这样有利于对丙烯酰胺聚合物修饰电极的电化学反应类型以及稳定性进行全面的监控，从而使得丙烯酰胺聚合物修饰电极的化学性能分析更加精准。

2 结果与讨论

2.1 红外光谱分析

红外图谱如图1所示，曲线a表示AFcEE，曲线b表示AM，曲线c表示丙烯酰胺聚合物修饰电极。

通过图1可以看出，曲线a中在红外线波数为3 095 cm-1和2 970 cm-1处分别出现端位烯烃和甲基的C—H伸缩振动峰，在红外线波数为1 631 cm-1和1 720 cm-1处分别出现C=C和C=O特征吸收峰，在红外线波数为1 024 cm-1处出现了强吸收峰，是C—O非对称伸缩振动吸收峰。曲线b在红外线波数为2 000～1 500 cm-1范围内出现C=C和C=O的双峰。在丙烯酰胺聚合物修饰电极的曲线中，在波数为2 000～1 500 cm-1范围内，仅在1 671 cm-1处出现单峰，属于C=O双键的特征吸收峰，并且在3 500～2 800 cm-1范围内出现了AFcEE和AM的特征吸收峰，说明AFcEE与AM成功聚合成P（AFcEE-co-AM）。

P（AFcEE-co-AM）修饰电极的Ip-v1/2曲线如图2所示。从图2中可以得出，丙烯酰胺聚合物修饰电极的氧化还原反应的还原峰电位与扫描仪的扫描速度之间呈现良好的平方根线性关系。经过一系列的计算可以得出氧化峰电位的Ip-v1/2曲线方程为Y=-7.263 29+2.515 71X，R=0.996 10。还原峰电位的Ip-v1/2曲线方程为Y=7.754 01-2.166 25X，R'=0.996 50。依据相关的电化学原理可以得出，丙烯酰胺聚合物修饰电极上的氧化还原反应在发生的过程中会受到扩散的限制。

2.2 丙烯酰胺聚合物修饰电极的稳定性

在对丙烯酰胺聚合物修饰电极稳定性的检测过程中，首先需要将0.01 g的丙烯酰胺聚合物单体溶解于2 mL的二氯甲烷中。其次将得到的混合溶液采用微量移液器移入提前处理好的玻碳电极表面，吹干备用。吹干之后就得到丙烯酰胺聚合物修饰电极，然后工作人员就需要将丙烯酰胺聚合物修饰电极放入到浓度为0.1 mol/L的高氯酸锂溶液中进行循环伏安测试[3-4]。最后使用扫描仪进行扫描，便可得到如图3所示的丙烯酰胺聚合物修饰电极循环伏安图。