ГАЛЬВАНОСТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ СИНТЕЗА ПОЛИАНИЛИНА

 

Солодов А.С.

Ярославский государственный технический университет,

Ярославль, Россия.

Студент VI курса.

[email protected]

Научный руководитель: Соболева Е.С.

 

Гальваностатический режим синтеза полианилина является наиболее перспективным среди электрохимических методов его получения, так как скорость полимеризации может поддерживаться на постоянном уровне и при этом получается более однородная пленка с воспроизводимыми характеристиками. Рост полимера, приводящий к разра­станию зародышей, обусловлен не добавлением мономера к полимерной цепи, а, главным образом, осаждением олигомеров на вершины уже образовавшихся зародышей. Здесь, как и в случае осаждения металла, мономеры и олигомеры анилина из раствора легче окисляются на поверхности полимера, чем на электроде.

При гальваностатическом синтезе представляло интерес изучить влияние величины плотности тока на процесс полимеризации анилина. При включении тока электродный по­тенциал рабочего электрода после краткого начального периода снижался до некоторого стационарного значения. Было установлено, что при увеличении плотности тока происходит увеличение величины потенциала индукционного периода. В начальный момент происходит образование слоя полимера на всей поверхности электрода, который является не электропроводящим, вследствие чего наблюдается резкое возрастание потенциала. Затем происходит допирование полимера кислотой, в результате чего он становится электропроводящим. Это приводит к снижению электродного перенапряжения до некоторого стационарного значения. С течением времени наблюдается рост потенциала, связанный с уменьшением объемной концентрации сульфата анилина, приводящей к повышению концентрационной поляризации электродного процесса.

На рисунке 1 представлены кривые изменения потенциала электрода в процессе гальваностатического синтеза полианилина при плотности тока ниже и выше предельного значения, которое равнялось 8.5 мА/см². При плотностях тока ниже предельного значения происходит образование полианилина с выходом по току близким к 100 %. При этом при плотностях тока выше предельного значения, отвечающего диффузионным ограничениям электродного процесса, происходит смещение потенциала электрода в анодную сторону до потенциала выделения кислорода. При этом параллельно с полимеризацией полианилина начинает протекать реакция выделение кислорода, что приводит к тому, что выход по току целевого продукта уменьшается. При дальнейшем повышении плотности тока наблюдается сильное газовыделение и происходит отрыв от поверхности электрода образовавшегося полианилина в электролит.

Рис. 1. Потенциальные кривые гальваностатического синтеза полианилина в водном растворе 0.1 М сульфата анилина, 0.5 М H₂SO₄ и плотности тока: 1- 3.2 мА/см²; 2- 4.4 мА/см²; 3- 6.8 мА/см²; 4- 10 мА/см²; 5- 15 мА/см².

 

При гальваностатическом синтезе полимера представляло интерес определение зависимости величины потенциала электрода от режима изменения плотности тока в процессе полимеризации анилина. Для этого проводилось исследование влияния режима установления плотности тока. Плотность тока для электрохимического синтеза полианилина задавалась несколькими способами: 1) плотность тока сразу устанавливалась на заданном уровне; 2) плотность тока сначала устанавливалась на некотором минимальном значении, необходимым для формирования первого слоя полимера, после чего плотность тока повышалась до заданного значения; 3) плотность тока ступенчато повышалась до заданного значения; 4) плотность тока плавно повышалась до заданного уровня. В первом случае после первоначального скачка потенциала наблюдалось снижение его до стационарного значения на уровне 900 мВ, при котором происходило образование более окисленного полианилина подверженного деградации. В случае первоначального установления минимальной плотности тока и последующего повышения его разными способами до рабочего значения наблюдалось снижение потенциала ниже 800 мВ, что отвечает получению более качественного и стабильного полианилина. Следовательно, наиболее предпочтительным способом гальваностатического получения полимера является синтез с плавным повышением плотности тока до заданного уровня.