Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Przedmiot: Polimery Przewodzące
Synteza i właściwości polimeru elektroaktywnego
1. WYMAGANIA WST
PNE
1.1.Ustawienia
Wymagania wstępne dotyczące uczestników/osób realizujących ćwiczenie:
Znajomość instrukcji. Znajomość praw elektrolizy. Znajomość budowy materii i typów wiązań
chemicznych. Umiejętność odszukania danych liczbowych o potencjałach standardowych reakcji
utlenienia i redukcji.
Cele ćwiczenia:
Zapoznanie studentów z jednym ze sposobów wytwarzania warstw polimeru przewodzącego i wykazanie
zdolności do przewodzenia elektryczności przez materiał organiczny o skoniugowanym układzie wiązań
podwójnych jest głównym celem ćwiczenia.
Wykaz przyrządów, materiałów i aparatury niezbędnej do przeprowadzenia ćwiczenia
1. Aparatura:
" zasilacz prądu stałego,
" potencjostat - galwanostat,
" celka  elektrolizer,
" celka do pomiarów woltamperometrycznych,
" komputer PC z oprogramowaniem GPES 5 oraz FRA (oprogramowanie firmy Autolab),
2. Odczynniki chemiczne:
" monomer 3,4-etylenodioksytiofen,
" polielektrolit poli(styrenosulfonian sodowy),
" elektrolity wodne o tej samej mocy jonowej: 0,1 M KCl; 0,1 M HCl; 0,033(3) M Na2SO4
" elektrody pomocnicze, standaryzowane elektrody odniesienia.
3. Materiały i przyrządy do przygotowania elektrolitów oraz powierzchni elektrod wskaz
nikowych
Pt i stalowych:
" elektrody GC, Pt, stalowe blaszki,
" waga analityczna,
" kolby miarowe,
" mikropipeta automatyczna,
" tryskawki,
" proszek Al2O3-alumina ( 0.05 mikrona),
" papier ścierny,
" łaz
nia ultradz
więkowa,
" etanol,
" bibuła filtracyjna.
2
4. Środki ochrony osobistej: okulary, rękawice nitrylowej
Uwaga : nie stosować rękawic lateksowych w kontakcie ze stężonymi kwasami!
Spodziewane efekty kształcenia - umiejętności i kompetencje:
Student poznaje nowy materiał, którym jest polimer elektroaktywny, poznaje i rozumie podstawy
procesu polimeryzacji elektrodowej, zna przebieg polimeryzacji chemicznej.
Metody dydaktyczne:
Praktyczna realizacja syntezy warstwy polimeru elektroaktywnego z wodnego roztworu zawierającego
monomer, wykonanie pomiarów instrumentalnych metodą polaryzacyjną, dyskusja wyników.
Zasady oceniania/warunek zaliczenia ćwiczenia
Poprawne wykonanie przewidzianych ćwiczeń, prawidłowe odpowiedzi na pytania związane z tematem
ćwiczenia.
Wykaz literatury podstawowej do ćwiczenia:
1. Skrypt do wykładu
2. Z. Florjańczyk, S. Pęczek, Chemia Polimerów tom I, Oficyna Wydawnicza PW , Warszawa 1997
3. R. Kelsall, I.W Hamley, M. Georhegan, Nanotechnologie, PWN Warszawa 2008
2. PRZEBIEG ĆWICZENIA
L.p. Zadanie
1. Sprawdzian
2. Realizacja zadań zgodnie z instrukcją do ćwiczenia
3. Omówienie obserwacji
UWAGI!
Zadania do opracowania
1. Wykonanie eksperymentów objętych instrukcją, to znaczy przeprowadzenie elektrolizy w celu
otrzymania warstw na przygotowanych podłożach stalowych lub/oraz platynowych,
wyznaczenie zakresu potencjałów, w których materiał wykazuje zdolność do transportu ładunku
za pomocą metody chronowoltamperometrycznej.
2. Przygotowanie wykresów krzywych woltamperometrycznych i ich opisanie w sprawozdaniu
po zakończeniu ćwiczenia 1 i 2. Wykonanie obliczeń. Sformułowanie wniosków.
3. WPROWADZENIE DO ĆWICZENIA
3.1. Polimery przewodzące
Polimery przewodzące, inaczej polimery aktywne elektrodowo, to grupa związków wielkocząsteczkowych
posiadających wiązania podwójne oddzielone wiązaniami pojedynczymi. Taki układ wiązań to tzw.
wiązania sprzężone. Układ wiązania sprzężonych gwarantuje możliwość uzyskania niskiej oporności
3
materiału nawet do poziomu oporności metali, dobrych przewodników elektronowych jak np.: miedz
.
Z tej przyczyny polimery przewodzące nazywane są często syntetycznymi metalami, (synthetic metals)
[1, 2]. Polimerami przewodzącymi są między innymi: poliacetylen (-C2H2-)n oraz polimery heterocykliczne
takie jak polipirol, polianilina, politiofen oraz ich modyfikacje. Na Rys. 1 przedstawiono fragment
łańcucha poliacetylenu (A) oraz polipirolu (B) i politiofenu (C).
N
S
n
n
H
lub z pominięciem symboli C i H:
A) B) C)
Rys.3-1. Fragment łańcucha poliacetylenu (A), polipirolu (B), politiofenu (C).
Polimery w formie obojętnej (przedstawionej na rysunku) nie przewodzą prądu, są izolatorami.
Przewodność właściwa osiąga wartość od 10-6 do10-10 S cm-1.
A
ańcuch polimerowy zaburzony poprzez usunięcie elektronów (utlenienie, Rys.3-2), czy poprzez redukcję
(dostarczenie elektronów do łańcucha polimerowego) wykazuje zdolność przewodzenia prądu
elektrycznego. Przewodność tzw. dotowanych (domieszkowanych) polimerów osiąga wartości
przewodności właściwej od 10-1 do 1 S cm-1. Polimer utleniony nazywamy polimerem przewodzącym
typu-p, Polimer przewodzący w formie zredukowanej (o ładunkach ujemnych) nazywamy polimerem
przewodzącym typu-n. Polimer, który nie ma łańcuchów obdarzonych ładunkiem, czyli polimer
neutralny, jest izolatorem.
Nazewnictwo wskazuje na podobieństwo do półprzewodników, jednakże istota domieszkowania
w przypadku polimerów jest odmienna od tej, jaką spełnia domieszkowanie w półprzewodnikach.
Domieszką w przypadku polimeru przewodzącego jest jon przeciwnego znaku do ładunku polimeru.
Dla polimeru utlenionego (typu-p) o ładunku dodatnim domieszką będą aniony. Polimer przewodzący
typu-n domieszkowany jest kationami. Rola przeciw-jonów to zapewnienie elektroobojętności układu.
.
+
..
+
.
+
Rys.3-2. Schemat przemieszczania kationo-rodnika w łańcuchu poliacetylenu.
4
Tak więc, polimer zobojętniony jest jonami o przeciwnym znaku, które nazywamy przeciw-jonami.
Te z kolei mogą opuścić matrycę polimerową, gdy zmienia się jej ładunek. Polimer przewodzący jest
przewodnikiem jonowym i elektronowym jednocześnie. Transportowi zaburzenia elektronowego
(np: kationo-rodnika jak na rys. 1.2) wzdłuż łańcucha polimeru towarzyszy transport jonów przeciwnego
znaku. Ogólny schemat reakcji elektrodowej dla polimeru użytego jako materiał elektrodowy można
przedstawić następująco:
�!
P+x(A )x + xe P + x(A ) (3.1)
lub/oraz
�!
P+x(A )x + x(C+)sol + xe P(A )x (C+)x
gdzie: P  oznacza obojętny łańcuch polimerowy, P+  jest formą utlenioną polimeru, A i C+
to odpowiednio przeciw-jon i współ-jon (jon obdarzony takim samym znakiem jak forma przewodząca
polimeru).
Schemat przedstawiony powyżej ilustruje udział obu jonów w magazynowaniu ładunku w polimerowej
osnowie. Polaryzacja katodowa (redukcja) prowadzi w efekcie do zobojętnienia polimeru; powstaje
wówczas forma P pozbawiona ładunku. Towarzyszy temu desorpcja anionu (1.1) lub/oraz wprowadzenie
kationu do matrycy polimerowej (1.2).
3.2. Otrzymywanie polimerów przewodzących
Syntezę związków wielkocząsteczkowych można przeprowadzić na drodze:
a) chemicznej oraz
b) elektrochemicznej.
Polimeryzacja chemiczna wymaga użycia katalizatorów. W wyniku reakcji powstaje stały polimer,
na przykład:
C2H2(g) (CH)x(s).
Działanie utleniacza na wielkocząsteczkowy produkt prowadzi do utworzenia dodatnio naładowanego
łańcucha. Stopień, w jakim łańcuch jest naładowany nazywamy stopniem dotowania. Utlenienie
łańcucha za pomocą czynnika X przebiega zgodnie z reakcją :
(CH)x [(CHy+)]x +(xy)e- (3.2)
utlenieniu towarzyszy redukcja czynnika X:
(xy)X + (xy)e- (xy)X- (3.3)
Reakcja sumaryczna ma postać:
(CH)x + (xy)X[(CHy+)]x + (xy)X- [(CHy+)(X-)y]x (3.4)
gdzie X- to jon Cl- , I-, Br-,
5
Przez analogię do półprzewodników, X- nazywany jest domieszkującym przeciw-jonem albo jonem
domieszki. Utleniaczami dla polimerów heterocyklicznych są często sole żelaza Fe(III). Wówczas żelazo
Fe(III) redukując się do żelaza Fe(II) utlenia monomer i dochodzi do polimeryzacji.
Jeśli natomiast utleniaczem jest cząsteczka jodu I2, wówczas dochodzi do redukcji jodu do jonów
jodkowych. Jony jodkowe będą w tym przypadku stanowiły domieszkę dla utlenionego, dodatnio
naładowanego, polimeru. Polimeryzacja chemiczna prowadzi do otrzymania polimerów o dużej
rozpiętości długości łańcucha, co wpływa na niejednorodność otrzymanego materiału. Takich wad nie ma
polimeryzacja elektrochemiczna.
Polimeryzacja elektrochemiczna polega na użyciu elektrody jako utleniacza zarówno dla monomeru,
w celu uzyskania łańcucha polimerowego, jak i dla polimeru w celu uzyskania odpowiedniego stopnia
dotowania (domieszkowania). Proces elektrolizy na anodzie może przebiegać przy kontrolowanym
potencjale elektrody jak i przy kontrolowanym natężeniu prądu. Polimery otrzymywane na drodze
polimeryzacji elektrodowej są polimerami utlenionymi (w swej przewodzącej formie). Tabela 3.1
przedstawia potencjały oksydacyjne Eutl (utleniające), których przekroczenie jest wymagane dla
otrzymania wybranych polimerów na anodzie i ich utlenienia. Wartości potencjałów podane są
względem nasyconej elektrody kalomelowej (NEK). Jak widać najtrudniej jest otrzymać politiofen, gdyż
potencjał utlenienia monomeru (tiofenu) przekracza potencjał rozkładu wody z wydzieleniem tlenu
cząsteczkowego.
Tabela 3.1. Potencjały utlenienia związków heterocyklicznych i polimerów na anodzie.
związek E utl/V wzgl.NEK
polipirol 0,28
Pirol (monomer) 0,6
Poli(metylenotiofen) 0,65
poliacetylen 0,70
politiofen 1,05
2-metyleno-tiofen 1,4
(monomer)
Tiofen (monomer) 1,6
Anodowy rozkład 1,1
wody na Pt
0,1 M Na2SO4
Mechanizm reakcji elektrodowego utlenienia pirolu do polipirolu, (dla zainteresowanych) przedstawiono
na poniższym schemacie.
6
Rys. 3-3 .Mechanizm utleniania pirolu na anodzie nierozpuszczalnej.
Na schemacie etap oznaczony symbolem a) to jednoelektrodowe utlenienie cząsteczki pirolu
(monomeru). Etapy d) oraz b) zachodzą w przestrzeni przy elektrodzie, lecz nie ma tu miejsca wymiana
elektronów z powierzchnią elektrody. Obie przemiany dotyczą tworzenia dimerów. Etap e) prowadzi do
utlenienia formy powstałej w etapie d). Produkty pośrednie powstające w etapach b) oraz d) i e) muszą
ulec deprotonowaniu w etapie c). Usunięcie 2 jonów H+ przypadające na jedną cząsteczkę dimeru
wymaga obecności czynnika, który będzie zdolny do stabilizacji protonów H+. Takim czynnikiem jest
cząsteczka wody.
Zatem, wzrost łańcucha będzie przebiegać w kolejnych reakcjach elektrodowych z usunięciem
elektronów (utlenienie), po których będzie następował etap reakcji chemicznej następczej. W wyniku
reakcji chemicznej następczej generowane są wolne protony, roztwór przy elektrodzie ulega
zakwaszeniu, patrz Rys. 3-3, Rys. 3-4.
Rys.3-4. Elektrodowa polimeryzacja poli(3,4-etylenodioksytiofenu).
Patrząc na zaproponowany mechanizm procesu otrzymywania polipirolu, spróbuj odpowiedzieć na
pytanie, czy w prosty sposób spełnione jest prawo Faraday a dla syntezy elektrochemicznej polimeru?
Z jakiego metalu musi być wykonane podłoże, żeby nie doszło do anodowego roztwarzania? Sprawdz

dane z Tabeli i porównaj wartości potencjałów utleniania z wielkościami potencjałów standardowych E0
dla układu Cu/Cu2+, Fe/Fe2+, Au/Au3+, Zn/Zn2+. Pt/PtCl42- ?
7
3.3. Polimer jako katoda ogniwa litowego
W bateriach litowych i litowo-jonowych syntetyczne metale (polimery przewodzące elektronowo)
są wykorzystywane jako elektrody dodatnie, czyli katody. Anodami (elektrodami ujemnymi ogniw) są:
lit metaliczny Li w ogniwach litowych, oraz materiały węglowe Li(1-x)C6 w ogniwach litowo-jonowych.
Jeśli jako przeciw-jon utlenionego polimeru zastosowany zostanie makrocząsteczkowy anion,
wówczas reakcją przebiegającą w trakcie redukcji matrycy polimeru będzie reakcją wymiany kationu
(reakcja (3.2)). Makromolekuły, ze względu na swój rozmiar, nie mogą opuścić matrycy. W materiale
kompozytowym złożonym z polimeru z nieruchomymi anionami, kationy ulegają elektrosorpcji, a ilość
jonów sorbowanych i desorbowanych z elektrolitu zewnętrznego zależy od poziomu utlenienia polimeru.
Makrocząsteczkowe jony (o których mowa powyżej) powstają w reakcji dysocjacji
polielektrolitów. Polielektrolitem nazywamy związek wielkocząsteczkowy zdolny do dysocjacji
w kontakcie z polarnym rozpuszczalnikiem. Przykładem polielektrolitu może być poli(2-styrenosulfonian
sodowy), Rys.3-4. Związek ten w wodzie dysocjuje na proste kationy sodowe i polimerowe aniony, które
w jednej cząsteczce zawierają n grup
 SO3Ż obdarzonych ładunkiem ujemnym.Spośród znanych polimerów przewodzących do najbardziej
odpornych na działania otoczenia należy poli(3,4-etylenodioksytiofen), PEDOT. Polimer ten został
zaprojektowany przez naukowców firmy Bayer. Rys. 3-5 przedstawia PEDOT.
CH CH2 n
O O
n
S
SO3-
Rys. 3-5. Od lewej poli(3,4-etylenodioksytiofen) (PEDOT) oraz anion polimerowy poli(2-styrenosulfonianowy) (PSS). Materiał
PEDOT/PSS sprzedawany jest pod nazwą Baytron.
Układ polimer typu-p/polielektrolit może być wykorzystywany jako katoda w odwracalnym ogniwie
litowym, czyli akumulatorze (inaczej ogniwie wtórnym). Redukcja materiału elektrodowego [PA]
przebiega wraz z elektrosorpcją kationu Li+:
P+A + e + Li+ P0 A Li+ (3.5)



A oznacza grupę sulfonową  SO3 makrocząsteczki polianionu.
Materiał [PA] może też być wykorzystywany w innych urządzeniach do magazynowania energii. Są nimi
elektrochemiczne kondensatory.
3.4. Kondensatory elektrochemiczne
Kondensatory elektrochemiczne to grupa urządzeń do magazynowania energii elektrycznej.
Są one wykorzystywane wszędzie tam, gdzie wymagany jest szybki proces wyzwalania ładunku
elektrycznego (rozładowania) czy też zdolność do szybkiego ładowania. Do pewnego stopnia
kondensatory są alternatywą dla akumulatorów, lecz równią się sposobem gromadzenia energii
8
elektrycznej. Wyróżnić można dwa typy kondensatorów elektrochemicznych: kondensatory EDLC
i superkondensatory.
3.4.1 Kondensatory elektrycznej warstwy podwójnej EDLC
W kondensatorach elektrochemicznych ładunek elektrostatyczny zgromadzony jest na granicy faz
pomiędzy powierzchnią elektrody a elektrolitem. Na granicy faz istnieje elektryczna warstwa podwójna,
ładunki przeciwne rozdzielone są poprzez cienką warstwę rozpuszczalnika o grubości od 0,3 do 0,5 nm
(nm 10-9 m). Pierwszy model elektrycznej warstwy podwójnej granicy faz metal/elektrolit podał w XIX
wieku Helmholtz. Dalej koncepcja elektrycznej warstwy podwójnej została rozszerzona przez Gouya i
Chapmanna, którzy zaobserwowali, iż istnieją dwie składowe kondensatora granicy faz: część sztywna
zwana warstwą Helmholtza o pojemności CH i część rozmyta zwaną warstwą Gouya-Chappmanna
o pojemnośći CGC. Obie stanowią dwa szeregowo połączone kondensatory o pojemności Cdl:
Cdl-1 = CH-1+CGC-1 (3.6.)
Pojemność C kondensatora zależy od jego geometrii i przenikalności elektrycznej ośrodka:
C=(��0S)/d (3.7.)
��
��
��
d- grubość warstwy elektrolitu
S- powierzchnia
�- stała dielektryczna
�0- przenikalność elektryczna próżni 8,85419 10-12 J-1C2m-1
W zwykłych elektrotechnicznych kondensatorach odległość pomiędzy okładkami jest znacznie
większa niż w kondensatorach elektrochemicznych wykorzystujących zjawisko tworzenia elektrycznej
warstwy podwójnej (dla miki 1000 nm). Stąd bierze się znacznie większa pojemność kondensatorów
elektrochemicznych w porównaniu ze zwykłymi kondensatorami stosowanymi w elektrotechnice.
Porowate materiały elektrodowe o rozwiniętej powierzchni (np: węglowe, grafitowe o powierzchni
specyficznej 1000 m2/g wykazują pojemność elektrycznej warstwy podwójnej C = 15 �F na cm2
powierzchni rzeczywistej, pozwalają uzyskać pojemność 150 F/g. (Student proszony jest o przeliczenie
podanej wielkości).
3.4.2. Superkondensatory
Innego rodzaju pojemność elektryczna pojawia się na elektrodach, w których przebiega reakcja
przeniesienia ładunku w obszarze materiału elektrody. Mówimy, że przebiega proces faradajowski,
wówczas jeden rodzaj atomów zmienia swój stopień utlenienia, jak dla przykładu zmienia się stopień
utlenienia rutenu w tlenku rutenu [2]. Dla tych materiałów często charakterystyka prądowo-napięciowa
jest w przybliżeniu liniowa, podobnie jak dla zmian wartości prądów pojemności elektrycznej warstwy
podwójnej/* z potencjałem. Elektroda zachowuje się jak kondensator, i też pomiar I-E jest typowy jak dla
kondensatora. Pojemność takiego kondensatora może przyjmować duże wartości, lecz nie wynika
9
z obecności ładunków elektrostatycznych na granicy faz, lecz z istnienia procesu przeniesienia ładunku.
Proces ten ograniczony jest do powierzchni materiału. Pojemność ta nosi nazwę pseudo-pojemności
redoks w odróżnieniu od pojemności elektrycznej warstwy podwójnej. Tego rodzaju pseudo-pojemność
może pojawić się wówczas, gdy wiele jedno-elektronowych procesów odbywa się na elektrodzie.
Przykładem materiałów spełniających taki warunek są tlenki metali przejściowych (jak wspomniany
powyżej tlenek rutenu RhOx) oraz polimery przewodzące takie jak polianilina, polipirol czy politiofen.
Materiały te zachowują bardzo dobrą stabilność podczas tysięcy cykli ładowania i rozładowania.
Kondensatory elektrochemiczne bazujące na pojemności elektrycznej warstwy podwójnej czy też
pseudo-pojemności redoks są wykorzystywane w połączeniu z ogniwami galwanicznymi i ogniwami
paliwowymi np.: w pojazdach mechanicznych, w komputerach stacjonarnych i przenośnych. Sprzężony
z ogniwem galwanicznym superkondensator jest elementem dostarczającym energię elektryczną
o odpowiedniej mocy w wymaganym czasie jak np.: w systemach UPS. Tak działa zasilanie wspomagające
pracę komputera gwałtownie pozbawionego zasilania zewnętrznego.
4. WYKONANIE ĆWICZENIA
4.1. Przygotowanie elektrolitów
Należy przygotować roztwór wodny zawierający monomer i elektrolit podstawowy o składzie
podanym przez prowadzącego (np.: 0.015 M EDOT w 0.1 M PSS). Przygotować elektrolit wodny prostej
soli na przykład.: Na2SO4 o stężeniu 0.2 mola dm-3. Odczynniki ciekłe (EDOT) odmierzamy pipetą
(mikropipetą ). Odczynniki stałe ważymy na wadze analitycznej. Gęstość EDOT-u wynosi 1,34 g/cm-3.
4.2. Przygotowanie elektrod
Powierzchnię elektrody, na której zostanie osadzony polimer oczyścić mechanicznie stosując
proszek Al2O3 o grubości ziarna 0.05 �m. Elektrodę opłukać starannie wodą 3 krotnie destylowaną.
Elektrodę zanurzyć w probówce z wodą destylowaną. Następnie umieścić probówkę z elektrodą w łaz
ni
ultradz
więkowej na czas ok. 3. minut.
Przeciw-elektrodę wykonaną z siatki Pt wygrzać do czerwoności w płomieniu redukującym palnika
gazowego (na propan-butan). Elektrodę chloro-srebrową Ag/AgCl (1 mol dm-3 KCl) użyć jako elektrodę
odniesienia.
Wszystkie elektrody umieścić w naczyniu elektrochemicznym ( patrz Rys.4-1.).
10
Elektroda
odniesienia
Wlot gazu
Pokrywa + niewidoczna płuczka
od[rowadzająca gaz
Elektroda
wska\
nikowa
Elektroda pomocnicza
Kapilara
A
ugina
Elektrolit Ciecz
termostatująca
Rys. 4-1. Schemat naczynia elektrochemicznego.
4.3. Elektroliza
Należy podłączyć elektrody do potencjostatu zgodnie z  instrukcją obsługi przyrządu . Elektroda
oznaczona jako EW  to elektroda testowana (wskaz
nikowa), końcówka oznaczona symbolem CE ma
zostać podłączona do elektrody pomocniczej. Jest nią siatka platynowa o powierzchnia wielokrotnie
(~100 razy) większej od powierzchni elektrody wskaz
nikowej. Elektroda odniesienia ma zostać
podłączona do końcówki oznaczonej jako REF . Symbole są standardowe i dotyczą większości urządzeń
typu potencjostat/galwanostat. Należy zwrócić uwagę na wyświetlane wartości mierzonego potencjału,
niekiedy znak minus podany jest w konwencji  elektrotechnicznej  a nie jest zgodny z polaryzacją, która
jest w istocie przeciwnego znaku (konwencja elektrochemiczna).
Należy przeprowadzić elektrolizę przy potencjale anodowym elektrody wskaz
nikowej. Dla polimeryzacji
etylenodioksytiofenu (EDOT) potencjał elektrody polaryzowanej mierzony względem elektrody Ag/AgCl
(0.1 mola dm-3 KCl) powinien wynosić +0.9 V względem Ag/AgCl/Cl-.
Należy zarejestrować krzywą przedstawiającą zmiany natężenia prądu w czasie elektrolizy, tzw.
krzywą chronoamprerometryczną (chronos z greki oznacza czas).
" Obliczyć ładunek Q [C] zużyty podczas elektrolizy (Q]= i�" t; natężenie prądu [A], t- czas elektrolizy
[s]).
" Obliczyć grubość warstwy otrzymanego polimeru, wiedząc, że 16,6 mC/cm2 potrzeba, aby
otrzymać warstwę o grubości 0,1 �m PEDOT. Pamiętaj o wyznaczeniu powierzchni elektrody
wskaz
nikowej! Użyj suwmiarki.
4.4. Wyznaczenie potencjału redukcji warstwy polimeru do formy obojętnej P0.
Otrzymany polimer przenieść, po opłukaniu woda destylowaną, do naczynia pomiarowego
z odpowiednim elektrolitem (na przykład 0.2 M Na2SO4). Podłączyć elektrody do potencjostatu w taki
sposób, żeby polimer stanowił elektrodę wskaz
nikową, a siatka platynowa elektrodę pomocniczą. Użyć
elektrody odniesienia zgodnie z poleceniem prowadzącego, (np.: (Ag/AgCl 0.1M KCl).
11
Przystąpić do wykonania pomiarów metodą chronowoltamperometryczną [5]:
" Należy wybrać program GPES na komputerze PC sterującym potencjostatem Autolab PGSTAT10.
" Zmierzyć wartość potencjału spoczynkowego polimerowej elektrody badanej.
" Ustawić zmierzoną wartość jako potencjał początkowy.
" Wybrać zakres potencjałów polaryzacji, ustanawiając wartości potencjałów w taki sposób, aby nie
powodować rozkładu anodowego i katodowego cząsteczek wody.
" Następnie należy przeprowadzić pomiary w wybranym zakresie potencjałów dla kilku (2-3)
przebiegów przy jednej szybkości polaryzacji.
Przeprowadzenie polaryzacji należy przeprowadzić dla kilku różnych szybkości zmian potencjału
v z zakresu od 30 do 120 mV/s w elektrolicie wodnym według wskazań prowadzącego. Z zapisanych
danych (pliki *.ocw) sporządzić wykres przedstawiający zmiany natężenia prądu w funkcji zmian
potencjału elektrody.
" Przeprowadzić obliczenie pojemności elektrycznej warstwy polimeru elektroaktywnego
pamiętając, że szybkość polaryzacji v= dE/dt,;
oraz pojemność dana jest zależnością:
C= i /v .
Oblicz pojemność przypadajacą na jednostkę powierzchni warstwy polimeru oraz na jednostkę
objętości materiału.
Wykonać pomiary chronopotencjometryczne (przy stałym natężeniu prądu). Wyznaczyć
pojemność polimeru z krzywej rozładowania.
Literatura:
[1]. B. Scrosati, Electroactive polymers, w P.B. Bruce, Solid State Electrochemistry, Cambridge University Press,
London 1995.
[2] http://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-c-03-elchem-cap.htm
[3]. Z. Florjańczyk, S. Pęczek, Chemia Polimerów tom I, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 1997.
[4]. W. Bogusz, F. Krok, Elektrolity Stałe, WNT, Warszawa 1996.
[5] Chemia Ogólna, Ćwiczenia laboratoryjne pod redakcją E. Luboch, M. Bocheńskiej i J.F. Biernata, wyd.Politechniki
Gdańskiej, Gdańsk 2001, Rozdział 15 Woltamperometria, str 119.
12