مطالعه طیف‌الکتروشیمیایی درجای نانوکامپوزیت‌های رسانای سنتزشده الکتروشیمیایی زبرپایه پلی(۲-آمینوفنول)-تیتانیم دی‌اکسید و روی اکسید

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 همدان، دانشگاه بوعلی سینا، دانشکده شیمی، گروه شیمی فیزیک، صندوق پستی 65178کره جنوبی، سوون، دانشگاه سون کیونگ کوان، دانشکده علوم، دانشکده شیمی، صندوق پستی 16419

2 همدان، دانشگاه بوعلی سینا، دانشکده شیمی، گروه شیمی فیزیک، صندوق پستی 65178

چکیده

در این پژوهش، طیف‌الکتروشیمی درجا به‌عنوان ابزاری قوی در مطالعه و توسعه نانو‌کامپوزیت‌های پلیمری رسانا جدید معرفی شده است. نانو‌کامپوزیت‌های پلیمری از ۲-آمینوفنول با روش ولت‌سنجی چرخه‌ای و الکتروپلیمرشدن درجا با استفاده از نانو‌ذرات تیتانیم دی‌اکسید و روی اکسید، بر سطح طلا و الکترود ایندیم اکسید قلع شیشه‌ای سنتز و مطالعه شدند. فیلم‌های پلیمری و نانوکامپوزیت‌های پلیمری با روش‌ ولت‌سنجی چرخه‌ای، اندازه‌گیری رسانایی الکتریکی درجا، طیف‌سنجی‌های فرابنفش درجا و زیرقرمز تبدیل فوریه، میکروسکوپی‌های الکترونی پویشی و عبوری و پراش پرتو X بررسی شدند. طی رشد پلیمر بر سطح الکترود و با روش الکتروپلیمرشدن درجا، رفتار‌های متفاوت و مقادیر مختلف از پتانسیل‌های اکسایش-کاهش برای نانوکامپوزیت‌های پلیمری در مقایسه با پلی‌(۲-آمینوفنول) مشاهده شد. همین رفتار در محیط عاری از مونومر و نانوذرات برای پلیمر‌ها مشاهده شد. ویژگی‌های طیف‌االکتروشیمیایی درجا و رسانایی الکتریکی درجای ترکیبات حاصل مطالعه و مقایسه شد. رفتار‌های متفاوتی از طیف‌سنجی فرابنفش درجای نانوکامپوزیت‌های پلیمری ۲-آمینوفنول در مقایسه با پلی‌(۲-آمینوفنول) با تغییر پتانسیل به‌کار رفته مشاهده شد که حاکی از خواص نوری مختلف است. نتایج حاصل از رسانایی الکتریکی در جای پلیمر‌ها و نانو‌پلیمرهای سنتزی در محیط اسیدی و با وجود الکترولیت کمکی، بیانگر بهبود رسانایی الکتریکی پلی‌(۲-آمینوفنول) در مجاورت نانوذرات است. همچنین، ساختار و شکل‌شناسی نانوذرات در پلی‌(۲-آمینوفنول) با طیف‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه و میکروسکوپی‌های الکترونی پویشی و عبوری بررسی شد. در نهایت، وجود نانوذرات در پلیمر با پراش پرتو X تأیید شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

In Situ Spectroelectrochemical Analysis of Electrochemically Synthesized Conductive Nanocomposites Based on Poly(2-minophenol)/ Titanium Dioxide and Zinc Oxide

نویسندگان [English]

  • Jalal Arjomandi 1
  • Elimira Azizi 2
1 Department of Physical Chemistry, Faculty of Chemistry, Bu-Ali Sina University, 65178 Hamedan, IranDepartment of Chemistry, Sungkyunkwan University, Suwon 16419, Korea
2 Department of Physical Chemistry, Faculty of Chemistry, Bu-Ali Sina University, 65178 Hamedan, Iran
چکیده [English]

In this research, in situ spectroelectrochemistry as a powerful tools for the study and developments of conducting polymerbase nanocomposite materials were introduced. Polymer nanocomposites of 2-aminophenol by in situ electropolymerization and with using nano titanium dioxide and zinc oxide were synthesized and studied on gold (Au) and indium tin oxide glass electrodes (ITO).The poly(2-aminophenol) and 2-aminophenol-titanium dioxide and zinc oxide polymer nanocomposite films were characterized by cyclic voltammetry’s (CVs) method, in situ conductivity measurements (resistivity), in situultra violet-visible (UV-vis.), Fourier transfer infrared (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). During polymer growth on the electrode surfaces and with in situ electropolymerization method, different behavior and different redox electrode potential values were observed for 2-aminophenol-titanium dioxide and 2-aminophenol zinc oxide polymer nanocomposite films in comparison with poly(2-aminophenol). The same treatments were observed for poly(2-aminophenol) and nanocomposite polymers in blank solutions. In situ spectroelectrochemical properties and in situ conductivity of material products were investigated and compared. Different in situ UV-vis. spectroscopy behaviors were observed for polymer nanocomposites in different the applied electrode potentials which indicated the various optical properties. The results of in situ conductivity of poly(2-aminophenol)in sulfuric acid media and supporting electrolytes at the present of nanoparticles were indicated the improvements of electrical conductivities. Also, the structures and morphological of nano oxide metals in poly(2-aminophenol) films were confirmed by FT-IR spectroscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy images. Finally, the presence of nanoparticles in polymer were also confirmed by EDX analysis.

کلیدواژه‌ها [English]

  • in situ spectroelectrochemistry
  • in situ conductivity
  • Nanocomposite
  • conductive polymer
  • poly(2-amino phenol)

Low M., From Einstein to Shirakawa: the Nobel Prize in Japan, Minerva, 39, 445-460, 2001.
Han J., Liu Y., and Guo R., A Novel Templateless Method to Nanofibers of Polyaniline Derivatives with Size Control, J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 46, 740-746, 2008.
Sawall D.D., Villahermosa R.M., Lipeles R.A., and Hopkins A.R., Interfacial Polymerization of Polyaniline Nanofibers Grafted to Au Surfaces, Chem. Mater., 16, 1606-1608, 2004.
Li G., Pang S., Peng H., Wang Z., Cui Z., and Zhang Z., Templateless and Surfactantless Route to the Synthesis of Polyaniline Nanofibers, J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem., 43, 4012-4015, 2005.
Li W. and Wang H.L., Oligomer-assisted Synthesis of Chiral Polyaniline Nanofibers, J. Am. Chem. Soc.,126, 2278-2279, 2004.
Skotheim T.A., Elsenbaumer R.L., and Reynolds J.R., Handbook of Conducting Polymers, 2nd ed., Marcel Dekker, USA, 1998.
Arjomandi J. and Kakaei Z., Electrosynthesis and In Situ Spectroelectrochemistry of Conducting o-Aminophenol-p-Aminophenol Copolymers in Aqueous Solution, J. Electrochem. Soc., 161, 53-60, 2014.
Parvin M.H., Pirnia M., and Arjomandi J., Electrochemical Synthesis, In Situ Spectroelectrochemistry of Conducting Indole-Titanium Dioxide and Zinc Oxide Polymer Nanocomposites for Rechargeable Batteries, Electrochimica Acta, 185, 276-287, 2015.
Arjomandi J. and Tadayyonfar S., Electrochemical Synthesis and In Situ Spectroelectrochemistry of Conducting Polymer Nanocomposites. I. Polyaniline/TiO2 Polyaniline/ZnO, and Polyaniline/TiO2 + ZnO, Polym. Compos., 35, 351-363, 2014.
Arjomandi J., Keramat Irad Mossa N., and Jaleh B., Electrochemical Synthesis and In Situ Spectroelectrochemistry of Conducting NMPy-TiO2 and ZnO Polymer Nanocomposites for Li Secondary Battery Applications, J. Appl. Polym. Sci., 132, 2015, DOI: 10.1002/app.41526.
Yu C., Zhai J., Li Z., Wan M., Gao M., and Jiang L., Water-assisted Self-assembly of Polyaniline/Fe3O4 Composite Honeycomb Structures Film, Thin Solid Films, 516, 5107-5110, 2008.
Ehsani A., Mohammad Shiri H.,  Kowsari E.,  Safari R., Shabani Shayeh J., and Barbary M., Electrosynthesis, Physioelectrochemical and Theoretical Investigation of Polyortho Aminophenol/Magnetic Functional Graphene Oxide Nanocomposites as Novel and Hybrid Electrodes for Highly Capacitive Pseudocapacitors, J. Coll. Int. Sci., 490, 695-702, 2017.
Yavuz A.G. and Gök A., Preparation of TiO2/PANI Composites in the Presence of Surfactants and Investigation of Electrical Properties, Synth. Met., 157, 235-242, 2007.
Jafarzadeh Y., Yegani R., and Sedaghat M., Effects of TiO2 and ZnO Nanoparticles on the Structure and Fouling Behavior of Polyethylene Membranes, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 28, 477-493, 2016.
Ehsani A., Mahjani M.G., Bordbar M., and Moshrefi R., Poly2-aminophenol/TiO2 Nanocomposite: Electrosynthesis and Characterization, Synth. Met., 165, 51– 55, 2013.
Arjomandi J. and Holze R., Electrochemical Preparation and In Situ Characterization of Poly(3-methylpyrrole) and Poly(3-methylpyrrole-cyclodextrin) Films on Gold Electrodes, Cent. Eur. J. Chem., 6, 199-207, 2008.
Arjomandi J. and Holze R., In Situ Characterization of N-Methylpyrrole and (N-methylpyrrole-cyclodextrin) Polymers on Gold Electrodes in Aqueous and Nonaqueous Solution, Synth. Met., 157, 1021-1028, 2007.
Arjomandi J., Safdar S., and Malmir M., In Situ UV-Visible Spectroelectrochemistry and Cyclic Voltammetry of Conducting N-Methylpyrrole: Indole Copolymers on Gold Electrode, J. Electrochem. Soc., 159, E73-E81, 2012.
Holze R. and Lippe J., A Method for Electrochemical In Situ Conductivity Measurements of Electrochemicaly Synthesized Intrinsically Conducting Polymers, Synth. Met. 39, 99-105, 1990.
Lippe J. and Holze R., Electrochemical, in Situ Conductivity and Polaron Concentration Measurements at Selected Conducting Polymers, Synth. Met. 41-43, 2927-2930, 1991.