二茂鐵基聚合物材料的制備及電化學性能研究

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行化學反應。對二茂鐵基聚合物材料的制備進行詳細的闡述，同時，對其電化學性能進行研究與分析。

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

基金項目：吉林農業科技學院青年科研項目“二茂鐵基羧酸配位聚合物的合成研究”（校20190682）

1 實驗

1.1 藥品及儀器

1.1.1 實驗藥品

二茂鐵基聚合物材料的制備過程所涉及的化學藥品有無水乙醇、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、硝酸等化學藥品都符合實驗開展的標準[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）等化學藥品。全面的化學藥品是確保實驗順利開展的基礎，所以，在實驗研究開展之前一定要將所需要的化學藥品準備齊全。

1.1.2 儀器

本實驗在開展的過程中涉及DS-7510 DT超聲波清洗器、GZX-9140 MBE型數顯鼓風干燥箱、CHI660E電化學工作站等，這些儀器分別來自于不同的廠家，但都是本次實驗開展過程中所必需的實驗儀器。

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格按照以下步驟開展：

（1）研究人員需要對丙烯酰胺聚合物合成過程中所需要的化學反應物進行稱量，然后將一定量的化學反應物充分混合，進而獲得體積分數為40%的混合溶液。

（2）在第一步實驗操作的基礎上往混合溶液中加入引發劑AIBN，攪拌均勻之后得到新的混合溶液。

（3）在第二步實驗操作的基礎上將混合溶液放入溫度為75 ℃的水中，經過6 h的恒溫水浴得到新的混合溶液，標記為3號溶液。

（4）在3號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，經過15 min的超聲波清洗，混合溶液出現了分層。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中。將離心機的轉速調為3 000 r/min，放置20 min，即可得到橙紅色的沉淀物，再利用甲醇對沉淀物進行清洗，接著用超純水進行洗滌，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 裸玻碳電極的預處理

實驗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，對裸玻碳電極進行按摩處理。其次，對打磨過后的裸玻碳進行拋光處理。最后，采用無水乙醇、超純水為洗滌劑對拋光之后的裸玻碳電極進行超聲洗滌，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

在用紅外光譜對丙烯酰胺聚合物修飾電極進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膩壓制成膜，然后采用NicoletMagna-IR750傅里葉紅外分析儀進行測試。

1.4.2 丙烯酰胺聚合物修飾電極的電化學測試

在對丙烯酰胺聚合物修飾電極開展電化學測試的過程中需要以修飾電極為工作電極、鉑電極作為對電極，并且將氫極或氯化銀電極作為參比電極，同時在開展電化學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[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。這樣有利于對丙烯酰胺聚合物修飾電極的電化學反應類型以及穩定性進行全面的監控，從而使得丙烯酰胺聚合物修飾電極的化學性能分析更加精準。

2 結果與討論

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中在紅外線波數為3 095 cm-1和2 970 cm-1處分別出現端位烯烴和甲基的C—H伸縮振動峰，在紅外線波數為1 631 cm-1和1 720 cm-1處分別出現C=C和C=O特征吸收峰，在紅外線波數為1 024 cm-1處出現了強吸收峰，是C—O非對稱伸縮振動吸收峰。曲線b在紅外線波數為2 000～1 500 cm-1范圍內出現C=C和C=O的雙峰。在丙烯酰胺聚合物修飾電極的曲線中，在波數為2 000～1 500 cm-1范圍內，僅在1 671 cm-1處出現單峰，屬于C=O雙鍵的特征吸收峰，并且在3 500～2 800 cm-1范圍內出現了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的還原峰電位與掃描儀的掃描速度之間呈現良好的平方根線性關系。經過一系列的計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。依據相關的電化學原理可以得出，丙烯酰胺聚合物修飾電極上的氧化還原反應在發生的過程中會受到擴散的限制。

2.2 丙烯酰胺聚合物修飾電極的穩定性

在對丙烯酰胺聚合物修飾電極穩定性的檢測過程中，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行循環伏安測試[3-4]。最后使用掃描儀進行掃描，便可得到如圖3所示的丙烯酰胺聚合物修飾電極循環伏安圖。

3 實驗結論

（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，最后將得到的化學反應產物采用紅外測試進行分析，成功地得到了單體丙烯酰胺以及聚合物。

（2）在對丙烯酰胺聚合物修飾電極的電化學性能進行研究與分析的過程中需要采用循環伏安法，發現其表面發生了可以受限制、可逆的氧化還原反應。

4 結語

對二茂鐵基聚合物材料的制備以及電化學性能進行研究與分析，希望能夠為二戊鐵基鐵基聚合物材料制備提供參考。

[參考文獻]

[1] 管晨光.二茂鐵基聚合物材料的制備及電化學性能研究[D].濟南：山東大學，2018.

[2] 劉亞堅.二茂鐵衍生物的合成及電化學性能研究與離子識別[D].太原：中北大學，2018.

[3] 周衛東.二茂鐵基環氧化合物和二茂鐵基甲基丙烯酸酯聚合物的合成及性能研究[D].杭州：浙江大學，2017.

[4] 尹應樂.含二茂鐵基團氧化還原聚合物的合成及性能研究[D].武漢：湖北工業大學，2015.