Recently developed elctrogravimetric impedance technique, which combines the EQCM and electrochemical impedance technique, is very useful method in the study of ion transport in conducting polymer. It makes no morphological change of the polymer film and can separate the respective information of anion and cation.
In this study, elctrogravimetric impedance technique was constructed and applied to the study of polyaniline, which is one of the most promising conducting polymers.
The respective contribution to ion transport and the diffusion coefficients of anion($ClO_4{^-},HSO_4^{-},Cl^{-}$) and proton($H_3O^{+}$) were obtained and their dependence on the electrode potential and pH of bathing solution was investigated.
The proton contribution increases with the decreasing dc potential and the decreasing solution pH, which is consistent with others' reports that proton transport largely takes place at the initial stage of oxidation process and the proton contribution increases as PAN film is more protonated. The diffusion coefficients of proton and anion show the same order of magnitude. These values decrease with decreasing dc potential and increasing solution pH, which can be explained by the facts that ion transport is harder as the conducting polymer is in its insulating state and diffusion coefficients increase with the increment of ionic concentration in bathing solution resulting in that in the film.
최근에 개발된 전자무게 임피던스법은 EQCM (Electrochemical Quartz Crystal Microbalance)과 임피던스법(Electrochemical Impedance Technique)을 결합시킨 것으로 전도성고분자박막의 형태적 변화(morphological change)를 일으키지 않으면서, 박막의 산화, 환원반응에 수반되는 이온이동에 대한 음이온과 양이온 각각의 정보들을 분리해 낼 수 있는 유용한 방법이다.
이 연구에서는 전자무게 임피던스장치를 자체제작하였고, 이를 사용하여 전도성 고분자중 하나인 폴리아닐린박막의 이온이동이 박막의 산화상태 및 전해용액의 pH의 변화에 대해 어떠한 의존성을 갖는지를 알아보았다.
실험결과, 양이온($H_3O^{+}$)의 음이온($ClO_4^{-},HSO_4^{-},Cl^{-}$)에 대한 상대적 기여도는 박막이 환원될 수록, 전해용액의 pH가 감소할수록 증가하였다. 이는 산화반응 초기단계에서, 그리고 폴리아닐린 박막이 더욱 양성자 첨가되어(protonated)있을 수록 $H_3O^{+}$의 기여도가 증가한다는 이전의 보고들과 일치하는 것이다. 양이온과 음이온의 확산계수는 서로 크기자리수(order of magnitude)가 동일했으며 박막이 산화됨에 따라, 그리고 pH가 감소함에 따라 증가하였다. 이 결과들은 전도성고분자가 전도상태일때보다 절연상태일때 이온 이동이 어려워지며, 박막내의 이온농도가 증가할수록 확산계수가 증가한다는 사실로써 설명될 수 있다.
