利用掃描式電子穿隧顯微鏡研究鹵素離子對苯胺分子在金(111)電極上吸附結構及聚合機制之影響

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研究生：	蘇鍵炘 Chien-hsin Su
論文名稱：	利用掃描式電子穿隧顯微鏡研究鹵素離子對苯胺分子在金(111)電極上吸附結構及聚合機制之影響
指導教授：	姚學麟
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 化學學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2013
畢業學年度：	101
語文別：	中文
論文頁數：	112
中文關鍵詞：	苯胺
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利用掃描式電子穿隧顯微鏡(in situ scanning tunneling microscopy，STM)和循環伏安法(cyclic voltammetry，CV)分別觀察單結晶金(111)電極，在含有苯胺的硫酸溶液中，分別加入氯、溴、碘三種離子，觀察苯胺吸附層在金(111)電極上未達聚合電位前，所發生的空間變化。在濃度為30 mM的苯胺溶液中，電位在0.7V時會有一吸附層，結構為(3×2√3)。但是當加入鹵素離子時，可以發現到會因為鹵素離子與載體之間作用力的強弱而對苯胺吸附層有所影響，碘離子因為跟金的作用力比苯胺分子強很多，因此當加入碘離子後，苯胺分子的吸附層會迅速被碘離子取代，轉變成碘的吸附層，結構為(7×7)；溴離子以及氯離子因為跟金的作用力比碘離子弱，比苯胺強一點，因此當苯胺分子先吸附，在0.7V時則會維持原本的苯胺吸附層，當電位調整至0.85V時，則原本的苯胺吸附層會開始氧化聚合，但同時也伴隨著整齊結構區域縮小，最後整齊結構消失的情形；若是溴離子或氯離子先吸附，再加入苯胺分子也沒有整齊結存在，面上為較凌亂的表面。
當達到聚合電位時，添加碘離子的系統，會因為碘離子的濃度不同而造成聚合構形的改變，隨著碘濃度的降低，在面上擁有不同覆蓋度的碘吸附層，造成聚合時的構形隨著碘吸附層而有所變化，從較高濃度的moiré pattern結構導致捲曲構形的聚苯胺鏈，以及較低濃度的p×√3結構聚合出沿著載體方向以及√3方向的線性聚苯胺鏈；而在氯離子與溴離子的系統中，則會以片狀的形式在面上生長，且此片狀構形的聚苯胺不易於以二維的方式在面上生長，第二層則是以三維的方式成長。

In situ scanning tunneling microscopy(STM) and cyclic voltammetry(CV) were used to examine the structure of adsorbed aniline and its oxidative polymerization with halide ions on Au(111). Before the aggregate potential, adding halide ions(chloride, bromide, iodide) to examine aniline adsorbed layer changing on Au(111) in the sulfuric acid solution containing aniline. A highly ordered Au(111)-(3×2√3)-aniline+HSO4- structure was observed at 0.7V in 0.5 M H¬2SO4 + 30 mM aniline, but we can found the structure disappear when adding iodide. Because there is a good interactions between iodide and Au(111). Iodide would replace the adsorption layer of aniline, and change into the adsorption layer of iodide. A highly ordered Au(111)-(7×7)-I moiré pattern structure was observed. Chloride and bromide are weaker than iodide, therefore we let aniline molecular adsorbed first, then adding chloride and bromide, it is maintained originally of aniline adsorption layer at 0.7V. The originally of aniline adsorption layer would oxidation aggregate, when we adjusted potential to 0.85V.
When it reached aggregate potential, in the system of iodide, the concentration of iodide would cause aggregate frame shaped different. The frame shaped of poly-aniline would follow the iodide adsorption layer, At high concentration of iodide, the adsorption layer moiré pattern structure cause curled frame shaped of poly-aniline chain, and lower concentration of iodide, the adsorption layer p×√3 structure caused aggregate along carrier direction and√3 direction of linear poly-aniline chain. In the system of chloride and bromide, it is forming of flakes grow poly-aniline on the surface, and this growth formation of structure of poly-aniline is not easy to grow layer by layer, on the second layer, it would grow in the three-dimension direction.

目錄
摘要    i
Abstract    ii
目錄    v
圖目錄    ix
表目錄    xvi
第一章、緒論    1
1-1 儀器簡介    1
1-2 導電高分子的介紹    2
1-3聚苯胺(Polyaniline)的簡介    4
1-3-1 電化學方法合成聚苯胺之研究    4
1-3-2 聚苯胺的聚合機制    6
1-4陰離子對金電極的特異性吸附    7
1-5相關文獻探討    8
1-6 研究動機    8
第二章、實驗部分    10
2-1 藥品部分    10
2-2 氣體部分    10
2-3 金屬部分    10
2-4 儀器設備    11
2-5 實驗步驟    12
2-5-1 金(111)電極的製備    12
2-5-2 STM探針的製備    13
2-5-3 循環伏安法 ( CV ) 實驗操作步驟    13
2-5-4 掃描式電子穿隧顯微鏡 ( STM ) 實驗操作步驟    14
第三章、結果與討論    15
3-1 苯胺吸附與電聚合在金( 111 )電極    15
3-1-1 金(111)電極在0.1M硫酸中之CV圖    15
3-1-2 金(111)電極在0.1M硫酸中之STM圖    16
3-1-3 金(111)電極在0.1M硫酸+30mM苯胺中CV與STM圖    18
3-1-4 金( 111 )電極在硫酸+30mM苯胺電聚合CV與STM圖    19
3-1-5 測量利用電化學聚合而成的聚苯胺分子膜導電度    19
3-2 碘離子對苯胺吸附與電聚合在金(111)電極之影響    20
3-2-1 金(111)電極在0.5 M硫酸+1 mM碘化鉀之CV圖    20
3-2-2 金(111)電極在0.5 M硫酸+1 mM碘化鉀之STM圖    20
3-2-3 碘化鉀對苯胺吸附與電聚合變化之CV圖    21
3-2-4 1 mM碘化鉀對苯胺吸附與電聚合變化之STM圖    21
3-2-5 100 µM碘化鉀對苯胺吸附與電聚合變化之STM圖    23
3-2-6 金(111)電極吸附上單層碘對苯胺吸附與電聚合變化之STM圖    24
3-2-7 經由聚苯胺分子膜修飾後，對碘離子氧化還原的影響    25
3-2-8 不同濃度碘化鉀對苯胺分子電聚合的構形影響    26
3-3 溴離子對苯胺吸附在金(111)電極之影響    26
3-3-1 金(111)電極在0.1 M硫酸+100 µM溴化鉀之CV圖    26
3-3-2 溴化鉀對苯胺吸附與電聚合變化之CV圖    27
3-3-3 100 µM溴化鉀對苯胺吸附與電聚合變化之STM圖    27
3-3-4 經由溴先修飾的金(111)電極對苯胺分子吸附與電聚合變化之STM圖    30
3-3-5 含溴系統中苯胺分子轉變成聚苯胺的STM圖    31
3-3-6 不同濃度溴化鉀對苯胺分子電聚合的構形影響    32
3-4 氯離子對苯胺吸附在金( 111 )電極之影響    32
3-4-1 金(111)電極在0.1 M硫酸+100 µM氯化鉀之CV圖    32
3-4-2氯化鉀對苯胺吸附與電聚合變化之CV圖    33
3-4-3 100 µM氯化鉀對苯胺吸附與電聚合變化之STM圖    34
3-3-4經由氯先修飾的金(111)電極對苯胺分子電聚合之STM圖    34
第四章、結論    36
4-1摻雜碘離子的聚苯胺在不同電位下於金(111)電極上分子構形的變化    36
4-2摻雜溴離子的聚苯胺在不同電位下於金(111)電極上分子構形的變化    37
4-3碘離子、溴離子、氯離子對聚苯胺構形的影響    39
第五章、參考文獻    41

                                

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