利用同步電化學掃描穿隧顯微技術研究苯胺分子在單晶Au(111)面上的吸附結構及聚合機制

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劉淑華(Shu-hua liu) 查詢紙本館藏

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化學學系

論文名稱

利用同步電化學掃描穿隧顯微技術研究苯胺分子在單晶Au(111)面上的吸附結構及聚合機制
(Used in-situ EC-STM to study theabsorption structures and electrochemical polymerization mechanism of aniline on single crystal Au (111) face)

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摘要(中)

探討電化學聚合共軛高分子的聚合條件與機制的文
章不少，因為聚合的條件會改變高分子的聚合機制進而
影響高分子的品質，但過去文章中所提的機制大部分僅
為間接推論，並未能於分子層次下進行探討聚合機制，
本研究利用掃描式穿隧電子顯微鏡(scanning tunneling
microscopy, STM)技術在電化學作用下同步觀察在不同
電位下苯胺分子(ani line)在Au (111)電極表面的吸附結
構及聚合時的機制。實驗結果顯示苯胺分子在不同的電
位區間下會呈現不同的吸附結構，分別在電位為0.60V
(vs RHE)時，其吸附結構為(√13 × √31)，θ(覆蓋度)
＝0.20 及電位為0.65V (vs RHE)時，其吸附結構為(√13
× 5)，θ＝0.25；另外在達聚合電位(0.95V)時苯胺分子
是以頭對尾的方式聚合形成鏈狀的聚苯胺，在此同時單
晶金載體也因氧化而生成大小一致且排列整齊的奈米金
粒子。若將電位快速調到聚合電位後，再觀察單晶金電
極的表面，發現在聚合電位下，苯胺單體聚合形成聚苯胺
鏈，且呈現筆直排列狀，每條高分子的寬度約為0.7 nm
且是單層的高分子鏈，隨時間增加也觀察到第二層的聚
II
苯胺鏈形成，且當將電位由聚合電位往低電位調整時，上
一層的聚苯胺鏈會漸漸脫離吸附面，但第一層聚苯胺鏈穩固的
吸附在金(111)表面上。

摘要(英)

The mechanism of electrochemical polymerization of conjugated
polymers such as polyaniline has been well studied. Nevertheless, the
proposed mechanisms were derived from the indirect evidences. As we
known, so far no article has reported the polymerization mechanism
derived directly from the observation of the reaction for aniline in
molecular level. In this study we used in-situ EC-STM to study the
absorption structures and electrochemical polymerization mechanism of
aniline on single crystal Au (111) face. It was found that two absorption
structures were found under different applied potentials: (√13 × √31) with
θ (the surface coverage) of 0.20 was formed at the potential of 0.60V
(vs RHE) and (√13 × 5) with θ of 0.25 was observed when the applied
potential was raised to 0.65V (vs RHE). When the potential was
raised to the polymerization potential (0.95V vs RHE) of aniline, the
absorbed aniline molecules start to polymerize at the same time some Au
nanoparticles which have a similar size and arranged regularly were
formed. When the applied potential was raise to the polymerization
potential (1.2 V vs RHE) of aniline abruptly, aniline was polymerized and
absorbed on the surface of Au (111). The formed polyaniline chains
contain straight and curved parts. The width of the polymer chains is
about 0.7 nm and it is a monolayer coverage in the beginning but later on
double-layer absorption was also observed. When the applied potential
was decreased gradually, the second layer of polyaniline chains fell off
but the first layer still absorbed tightly on the Au (111) electrode.

關鍵字(中)

★ 聚苯胺
★ 電化學掃描穿隧顯微技術

關鍵字(英)

★ EC-STM
★ Poly(aniline)

論文目次

中文摘要.................................................................................................... I
英文摘要.................................................................................................. III
目錄.......................................................................................................... IV
圖目錄..................................................................................................... VII
表目錄...................................................................................................... XI
第一章、緒論……………………………………………………….……1
1-1 簡介………………………………………………………………….1
1-2 共軛高分子的介紹…………………………………………….……3
1-2-1 共軛高分子的發展歷史……………………………………...3
1-2-2 共軛高分子的應用……………………………………...……5
1-2-3 聚苯胺之歷史發展……………………………..…...………..7
1-3 電化學原理之電極反應....................................................................8
1-4 電化學方法合成PAN 之研究…………………………….……....10
1-5 苯胺聚合機制……………………………………………...………15
1-6 STM 簡介…………………………………………………..………17
1-7 掃描式電子穿隧顯微鏡原理……………………………………...19
1-8 EC-STM 的原理...............................................................................22
1-9 金電極...............................................................................................23
1-9-1 陰離子在金電極的特異性吸附……………………..…….23
1-10 金(100)電極的重排現象…………………………………………25
1-11 探討在單晶電極表面吸附分子之結構及電化學反應的相關文獻
探討................................................................................................30
1-11-1 含氮雜環分子在金(111)上的研究…………………...…30
1-12 研究動機……………………………………………………….…32
第二章、實驗部分………………………………………………..….…34
2-1 藥品部分……………………………………………………...……34
2-2 氣體部分…………………………………………………………...34
2-3 金屬部分…………………………………………………………...34
2-4 儀器設備…………………………………………………………...34
2-5 實驗步驟…………………………………………………………...37
第三章、結果與討論……………………………………………..……40
3-1 金(111)電極在0. 1 M 硫酸中之循環伏安圖...................................40
3-2 金(111)電極在苯胺之硫酸水溶液中的CV 圖................................42
3-2-1 掃描範圍-0.1 ~ 0.9 V(vs RHE)...............................................42
3-2-2 掃描範圍0 ~ 1.6 V(vs RHE)…………………….………….43
3-3 在不同電位下，Au(111)電極在0.1 M H2SO4(aq)中的STM
影像..................................................................................................44
3-4 不同電位下，aniline 吸附於Au(111)面上的STM 影像與結構探
討....................................................................................................48
3-4-1 單晶金工作電極的電位由0.40V (vs RHE) 漸近式的調
至1.25 V (vs RHE)時之電極表面的結構變化.........................48
3-4-2 苯胺於1.2V的聚合反應.........................................................54
第四章、結論…………………………………………….……….……60
第五章、參考文獻……………………………………………………..62

參考文獻

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指導教授

吳春桂(Chun-Guey Wu)

審核日期

2006-7-21

推文