Кулонометрический сенсор на основе полианилина

Васильева Д.В.,¹ Конькова А.С.²

¹ Тверской государственный университет,

Тверь, Россия.

Студент V курса.

[email protected]

² Тверской государсвенный университет, Тверь, Россия. Студент V курса.

Научный руководитель: Рясенский С.С.

Известно, что под воздействием окислителей и восстановителей может изменяться степень окисленности полианилина (ПАНИ), что в свою очередь способствует изменению спектральных характеристик в видимой и УФ областях. Можно предположить, что под действием электрического тока как в катодной, так и в анодной областях будут происходить указанные изменения спектральных характеристик. Поэтому целью настоящей работы явилось изучение процессов окисления и восстановления пленки ПАНИ под действием электрического тока.

Для проведения экспериментов мы осадили пленку ПАНИ на прозрачный электропроводный слой SnO₂, нанесенный на стекло. Для этого стеклянную пластинку со слоем SnO₂ погружали в реакционную массу, где происходила химическая поликонденсация ПАНИ. Катодную и анодную поляризацию, изготовленного таким образом электрода осуществляли в среде 0,05 М HCl с использованием потенциостата Р-8 по трехэлектродной схеме. Окисление и восстановление производилось при плотности тока около 10 мА/см².

Прохождение анодного тока способствовало увеличению степени окисленности ПАНИ, что связано с возрастанием доли иминохиноидных групп в молекуле ПАНИ. В случае катодного тока происходило увеличение содержания фенилендиаминовых групп. Изменение содержания иминохиноидных и фенилендиаминовых групп, отражающееся на спектральных характеристиках мы использовали для создания кулонометрического сенсора с оптическим считыванием информации. Таким образом, регистрируя изменение оптической плотности, например, при длине волны 650 нм, можно определить количество электричества, прошедшего через данный сенсор. Нами была опробована экспериментальная установка по определению количества электричества с помощью изготовленного сенсора. Зависимость оптической плотности от количества электричества имеет линейный вид, что согласуется с законом Фарадея. Диапазон линейности отклика сенсора на изменение количества электричества составил 0-4 мКл. Для этого сенсора характерен «эффект памяти», заключающийся в сохранении своих значений после прохождения тока.

Этот же сенсор мы использовали в режиме потенциометрического считывания данных. Для этого после пропускания электрического тока он был помещен в раствор 0,05 М HCl. В качестве аналитического сигнала мы использовали измеренный потенциал относительно хлорсеребряного электрода. Диапазон линейности отклика потенциала составил 0-7 мКл. В данном случае также характерен «эффект памяти».

В целях микроминиатюризации для изготовления кулонометрического сенсора с потенциометрическим считыванием информации мы осадили полианилиновую пленку на металлическую подложку. В качестве металлической подложки мы использовали титан и платину. Осаждение ПАНИ проводили химическим путем аналогично осаждению на электропроводный слой SnO₂ и электрохимически с использованием циклической вольтамперометрии. При этом диапазон сканирования потенциала составлял от -0,2 В до 0,9 В при скорости сканирования 50 мВ/с. В процессе сканирования наблюдали постепенный рост катодных и анодных пиков. Визуально наблюдали появление на металлической подложке темной пленки ПАНИ. Изготовленные кулонометрические сенсоры с пленкой ПАНИ, нанесенной химическим и электрохимическим способом, имели примерно одинаковые характеристики. Диапазон линейности отклика составил 0-8 мКл. Для этих сенсоров также характерен «эффект памяти».

Исходя из указанного выше, можно считать перспективным использование кулонометрического сенсора на основе ПАНИ.