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数量:12 (1)DOI: 10.37532 / 0974 - 7540.22.12.1.234

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导电聚合物的最新进展:在电化学中的应用

*通信:

吉姆布朗
编辑部,电化学的研究和评论,英国
电子邮件:publisher@tsijournals.com

文摘

科学家们定义导电聚合物与高度可逆的氧化还原行为和不寻常的材料塑性合金组合属性。研究人员主要考虑他们对于不同应用程序由于多功能特点,如简单的合成,可接受的环境稳定性,和有益的光学、电子和机械特性。因此,他们的一个特点是他们的多个电极催化反应的能力。一层薄薄的导电聚合物沉积在衬底电极表面可以提高动力学的几个解决方案物种在电极过程。这样electrocatalytic程序使用修改后的导电聚合物电极有可能是有用的在一个广泛的应用电化学字段。本文着眼于一些导电的最近的应用聚合物作为活跃的电极材料能源存储、电化学传感和转换电化学超级电容器、锂离子电池,燃料电池和太阳能电池。

关键字

环境稳定;超级电容器;电极材料;太阳能电池

介绍

这很好理解电化学指化学改性的现象是由于电动力量,相反,化学过程导致电动力量。这一领域涉及固体和液体电解导体的性质和行为。许多这样的现象发生在电解和电子导体界面,电荷通道与一个氧化还原化学反应。这个反应速率可以用电流跟踪的敏感性增加。联系人组LD乐动体育官网成原电池的电极,这可用于化学物质转换为电能源通过电解电池或产生化学产品。

小说的发展执行快速原位分析技术一直被视为一个重大的挑战,因为他们提供高灵敏度和准确性具有不同属性的不同材料的检测在实际样品。该领域的专家已经证明electroanalytical程序将是一个更有前途的替代方案的定量和定性分析的传统技术。电化学传感机制的好处包括简化仪器小型化、选择性和敏感性,增加利用率,简化次要样品预处理,可移植性,分析时间短。换句话说,电极可以检测物质发现在主机主机系统造成任何伤害。然而,电化学传感器由电化学干涉样本有限,稳定性差,困难的电子传递途径,检测下限(LOD)和敏感度。因此,各种电化学过程是结合各种传感电极改善LOD通过电极材料改性和敏感。

因为丰富的能源资源在自然界中,能源存储和转换中扮演重要角色能源保护和利用。值得注意的是,几小时的存储时间是至关重要的在大多数应用程序;然而,几个月的存储时间有时是必须的。因为它的灵活性,更高能源转换效率、易于维护、电化学能源存储(ee)技术引入了一个令人鼓舞的工具存储的电能小-和大规模应用。

值得注意的是,使用电化学能源存储和转换工具允许存储的盈余能源当供给大于需求,其释放当需求超过供应。这提高了电网的效率、可靠性和降低成本。一方面,电网能源存储需要以适当的权力和电化学的机器能源输出特性,以及更长的循环寿命,更高的效率,并降低成本。因此,快速进步发展的电活性物质ee工具提供众多吸引人的有机适合更高的力量和机制能源用途。

第一次Lethebyin展示了电化学聚苯胺(PANI)的采购和描述由氧化苯胺在稀硫酸铂电极。因此,聚乙炔的导电率是调查和利用碘蒸气增长十倍。聚乙炔在空气中不稳定导致了无数的发现,小说进行聚合物(CPs)用于基础研究和工业应用。结果,自从Heeger MacDiarmid,方明被授予2000年诺贝尔化学奖的CPs开创性工作,学术和工业研究人员密切关注这些材料。早些时候对这些材料的研究主要集中在聚吡咯的真正机制(PPy)的形成。公园的小组研究了CPs电化学广泛和展示了自催化生长系统的PANI电极表面的生长动力学。

CPs通常被引入作为一个有机的类聚合物与金属或半导体功能,如磁、电、光、和电子特性,为了留住传统有机聚合物的特点,如简单的合成,耐腐蚀,降低成本。这些材料可以是绝缘体或半导体在中性或纯的形式,可以通过氧化还原反应转化为掺杂形式形成非定域化的电荷载体。然而,在许多有机CPs的一个优点聚合物他们的化学结构可调,可以改变改变聚合物的导电性。CPs电荷迁移,以及p电子骨干,处理他们的不寻常的电子特性,如低能源光学转换,更好的导电性,更高的表面积,高的电子亲和能,和机械的灵活性。共轭长度、结晶度和内部inter-chain交互是最有效的参数构造CPs的物理性质。

阳极氧化的合适的单体,如噻吩、苯胺,和其他人来说,是一个准备CPs的适用方法。寡聚物的形成,成核和生长步骤,形成的聚合物材料是最重要的方面澄清electropolymerization机制从分子电化学的角度来看。机械优化electropolymerization条件的细节很重要。他们在决定CPs的质量至关重要。“兴奋剂”的分析过程是一个电化学研究的焦点。甚至在CP的早期研究中,很明显,这些过程不能相比,传统的无机半导体兴奋剂。这意味着掺杂过程对应于聚合物基质中的电化学氧化还原反应条件。关键是理解这种氧化还原反应的现象,发生在最大程度的氧化降解的材料。

该领域的专家,另一方面,已经大大吸引CPs由于各自强大的应用程序能源存储和转换,电化学传感器,等等。因此,本文着重于新的研究CPs的我对电化学电极传感器(2)电化学能源存储和转换工具,如超级电容器,燃料电池、锂离子电池(库),和太阳能电池。

导电聚合物的电化学性能

聚乙炔、有机聚合物发现于1977年,表现出一种独特的、高碘掺杂有机材料电子电导率当。此后研究人员还进行了研究聚合物由于其独特的电学性质。这些材料,与传统的有机聚合物,具有属性如导电性、较高的电子亲和能,氧化还原活动。

这些材料包含一个电子主干控制不同寻常的电子导电性等特性,低能源光学转换,更高的电子亲和能,低电离电位。此外,导电聚合物的扩展-共轭系统已经交单和双键的聚合物链。

值得注意的是,在这些传导机制聚合物非常复杂,因为他们表现出电导率的范围大约15数量级,和几个包含不同的机制在不同的政权。导电性进行聚合物增加了数量级。此外,CPs可以电化学掺杂,这意味着CPs氧化结果p型状态和CPs还原的结果在一个n型状态。CPs的电导率可以控制的氧化还原反应。电化学制备技术可以解决聚合物的性能、形态、厚度和电导率。解释电子的现象在这样的系统中,研究人员通常使用孤子、极化子和双极。共轭长度、极化子长度、整体链长度和电荷转移到附近的分子影响导电聚合物的电导率。几个模型基于inter-soliton跳跃,跳跃之间局部晶格振动的协助下,intra-chain双极化子的跳跃,在三种尺寸变化范围跳,充电能源限制隧道进行域之间可以证明这样的条件。

可以使职能化CPs和单体具有独特的材料来调整自己的属性。因此,取代基添加提高了性能和物理化学性质的主要聚合物链,如改进的机械和电气性能。可以准备CPs从强烈导电纳米材料以及复合材料催化剂提高CPs属性。

导电聚合物的应用

电化学检测

根据研究,电化学传感器和生物传感器是电化学细胞有三个或两个电极。一个典型的三电极系统包括一个参考,柜台,和工作电极;工作电极的化学稳定性固体导电物质如黄金、碳,或铂;参比电极通常由金属涂上一层银(Ag) / AgCl),氯化银和铂丝作为辅助电极。二电极体系,另一方面,由只参考和工作电极。因此,电化学过程可分为三种类型的测量:(i)当前(伏安&安培计的),(2)电位差(电位法),和(3)阻抗(电化学阻抗谱),可以检测基于电流测量是使用最广泛的。电化学传感器和生物传感器被视为等领域作出重大贡献的医学诊断、医学、环境、和食品分析。由于其独特的优势在其他物质,进行聚合物已被证明作出一个令人鼓舞的贡献最近的电化学的发展吗生物传感器和传感器。值得注意的是,经济复苏时间、反应性、选择性和灵敏度高,稳定性和合理的所有有助于产生一个可接受的传感器和它的功能。一般来说,存在p-conjugated进行电荷转移的机制聚合物提供了一个合适的载体将电子从redox-active中心转移到电极表面。

如前所述,该领域的专家能源存储越来越多地考虑电动汽车、电网存储和便携式电子设备最优利用可再生能源资源,如太阳能和风能的能量。因此,研究小说的生成和存储电子技术能源应该优先考虑。本实验室合成的物质和准备,环保能源转换和存储机制,如超级电容器,太阳能电池,自由,燃料细胞,将强烈的设计。进行聚合物一直被视为鼓励物质转化和储存能源由于其金属导电性和可逆的电化学掺杂/ de-doping能力。分子骨干通常是由共轭双键;此外,大量共轭聚合物链可以可逆地分配电化学性能通过掺杂/ de-doping技术。因此,通过调节和控制掺杂水平,其电导率可以变更在不同范围之间的1010和104年代cm1,横跨整个频谱从绝缘体半导体导体。这些导电聚合物保留传统聚合物的优势,比如成本更便宜,更容易采购、各种各样的其他化学物质的足够的亲和力,和改进的耐用性和灵活性。最后,CPs,特别是PPy PANI和PEDOT,提供足够的潜力作为活性电极材料电化学应用程序利用率。

值得注意的是,在开发electroanalytical传感机制来确定各种分析物,传感电极经常被修改以适当的物质来实现所需的选择性和灵敏度。大多数electrocatalytic材料组成的高贵或过渡金属元素,要么是纯粹的电子导电金属或合金或电子半导体。因此,许多活跃的研究工作都集中在替代贵金属的低成本的有机化合物。定义良好的2 d共价有机聚合物和碳的有机框架,例如,行为类似于CPs,因为它们含有共轭聚合物层含有杂环化合物和芳香族半个精确控制的分子结构。某些氧化还原反应可以催化了CPs由于其内在electrocatalytic属性。也可以将金属inter-chain蛀牙的这些材料,以便生成electrocatalysts。CPs也被用于固定氧化还原介质,导致增加了均匀电子转移催化循环。这种方法是基于有效固定的生物分子如蛋白质和酶通过与通过生物素亲和素亲和力很强的交互耦合。由于其高导电性和其他属性前面讨论的一样,他们是适合作为各种氧化还原反应的催化剂。根据研究结果,设计和构建CPs-modified电极在电化学传感器技术是一种高效的过程。

药物测试

2017年,伏安之一传感器链霉素(STR)跟踪分析。这个传感器是由电化学还原氧化石墨烯与玻碳电极(GCE)修改STR-imprinted保利(pyrrole-3-carboxy酸)(PPy3C)电影(因此)。因此首先沉积在GCE表面通过电解还原的沉积STR-imprinted PPy3C电影。传感器的特性和形态特征然后用微分脉冲伏安法(第一项),扫描电子显微镜(SEM),循环伏安法(CV)。STR的传感器显示两个线性浓度范围基于最优条件:2到80和80到1000海里。它也有LOD 0.5海里,是可行的,有很好的分子识别。

环境污染检测

Braik创建了一个新的高度敏感的电化学生物传感器结合超氧化物歧化酶和碳管为导电聚合物聚(3 4-ethylene-dioxythiophene) (PEDOT)在各种配置。描述材料后,研究人员优化的实验条件和分析变量指定的超氧化物歧化酶生物传感器基于PEDOT /问或问/ PEDOT-modified全球教育运动,以及那些只有一个组件(MWCNT, PEDOT)。包含碳纳米管的生物传感器的PEDOT演示了最可接受的解析函数,这是由于协同效应的快速和选择性反应O2 -,灵敏度越高~ 1115µA cm-2M 1和1的LODµM较低,已被用来确定饮料的抗氧化能力。在两个月内,这个生物传感器表现出显著的稳定性和稍微增加了初始敏感性。

食品检查

使用的水热法科学家准备二硫化钼/ graphene-carbon纳米管(二硫化钼/ GN-CNTs)纳米复合材料。这种纳米复合材料表现出更高的电化学敏感对木樨草素结合的高催化与更好的电子导电性GN-CNTs二硫化钼。为了提高选择性,MIP电影基于咔唑单体和木樨草素模板electropolymerized和沉积。分析表明,合成电化学传感器MIP /监理/ GN-CNTs / GCE表现更好。此外,LOD和线性检测范围是9.0 nM, 0.040 - -2.0毫米(S / N = 3),分别,而马的敏感性为381.3 mM - 1 cm-2。结果表明,没有干扰从K +浓度1000倍,Na +, Cl, Ca2 +, NO3、Mg2 + SO4 2 -,二氧化碳2 -,500倍浓度的葡萄糖和甘露醇,250倍浓度的半胱氨酸、赖氨酸、甘氨酸、草酸、柠檬酸、100倍浓度的尿素,DA和抗坏血酸木樨草素检测。此外,5倍浓度的类似物芸香苷,柚苷配基,和儿茶素,以及2倍浓度的槲皮素、桑色素,kaempferide,没有对检测的影响。结果,研究人员用他们的传感器确定木樨草素在胡萝卜和菊花茶样品,结果符合那些获得使用高效液相色谱法。

存储和转换的能量

由于化石燃料的消耗,该领域的专家能源最紧迫的全球性问题。提供最大的力量,能源存储设备需要高的电极材料电子电导率。由于其广泛的导率,半导体(年级三S cm - 1)金属(10 - 1到10 - 6 S cm - 1)的行为,CPs非常有吸引力的材料。控制合成参数(如掺杂剂、温度、pH值等)或设计不同的形态,表面积,氧化还原活性,因此可以提高电荷存储。碳质电极材料相比,CPs有非常高的电流密度,便宜。以聚苯胺为例,PANI-based超级电容器设备可以实现一个特定的能源10 W h公斤稍微降低特定2千瓦公斤的力量,而碳基超级电容器设备只能实现特定权力的3到4千瓦公斤和一个特定的能源3到5 W h公斤。因为他们的充电/放电循环率高,高导电率、大的表面积,高的比电容,和良好的氧化还原可逆性,CPs中使用能源存储设备。进行聚合物有高的比电容值,可能是有用的材料开发的下一代吗能源存储和转换。

结论

电化学传感器和生物传感器被视为等领域作出重大贡献的医学诊断、医学、环境、和食品分析。由于其独特的优势在其他物质,进行聚合物已被证明作出一个令人鼓舞的贡献最近的电化学的发展吗生物传感器和传感器。值得注意的是,经济复苏时间、反应性、选择性和灵敏度高,稳定性和合理的所有有助于产生一个可接受的传感器和它的功能。一般来说,存在p-conjugated进行电荷转移的机制聚合物提供了一个合适的载体将电子从redox-active中心转移到电极表面。

如前所述,该领域的专家能源存储越来越多地考虑电动汽车、电网存储和便携式电子设备最优利用可再生能源资源,如太阳能和风能的能量。因此,研究小说的生成和存储电子技术能源应该优先考虑。本实验室合成的物质和准备,环保能源转换和存储机制、超级电容器、太阳能电池等自由燃料细胞,将强烈的设计。进行聚合物一直被视为鼓励物质转化和储存能源由于其金属导电性和可逆的电化学掺杂/ de-doping能力。分子骨干通常是由共轭双键;此外,大量共轭聚合物链可以可逆地分配电化学性能通过掺杂/ de-doping技术。因此,通过调节和控制掺杂水平,其电导率可以变更在不同范围之间的1010和104年代cm1,横跨整个频谱从绝缘体半导体导体。这些导电聚合物保留传统聚合物的优势,比如成本更便宜,更容易采购、各种各样的其他化学物质的足够的亲和力,和改进的耐用性和灵活性。最后,CPs,特别是PPy PANI和PEDOT,提供足够的潜力作为活性电极材料电化学应用程序利用率。