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博碩士論文 etd-0825111-171803 詳細資訊
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論文名稱
Title
利用[2+2]環化反應製備圖樣化二茂鐵高分子電極
Fabrication of photo-patterned ferrocene polymer electrodes by [2+2] cycloaddition
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
136
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2011-07-26
繳交日期
Date of Submission
2011-08-25
關鍵字
Keywords
二茂鐵、正極、鋰電池、[2+2] 環化加成、光圖樣
ferrocene, cathodes, lithium batteries, [2+2] cycloaddition, photo-patterned
統計
Statistics
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中文摘要
本論文是合成光交聯之二茂鐵系甲基丙烯酸酯高分子做為鋰電池薄膜正極材料;此二茂鐵係甲基丙烯酸酯高分子可藉由光交聯反應製備圖樣化的薄膜電極。利用核磁共振光譜,傅立葉紅外線光譜,以及凝膠滲透層析儀進行此高分子的組成與結構的鑑定。由石英晶體微天秤實驗結果顯示經光交聯反應之高分子不易在電解液中溶解出來。由循環伏安法的測試,可以得知此高分子具有一對可逆的氧化還原訊號。進一步地將所合成的光 交聯高方子做為正極材料,製成鋰電池,若以10 C做充放電,其電容量約為40-50 mAh/g。因此,由電化學的結果,顯示利用此光交聯之二茂鐵系甲基丙烯酸酯高分子可以大幅改善二茂鐵高分子在鋰電池的電化學性能。
Abstract
In this thesis, photocrosslinked ferrocene-based methacrylate polymers for thin-film cathodes in lithium batteries have been synthesized. Patterned
thin-film electrodes of the ferrocene-based methacrylate polymers are
fabricated by photocrosslinking. The structure and composition of the
photocrosslinkable polymers are characterized by infrared spectra, nuclear
magnetic resonances, and gel permeation chromatography. The result of quartz crystal microbalance shows that the crosslinked polymers prevent the polymers from dissolving into organic electrolytes. The cyclic voltammogram shows the photocrosslinked ferrocene-based methacrylate polymers have a redox couple. The energy capacity of the polymer for lithium batteries is about 40-50 mAh g-1 at a discharge rate of 10 C. The results show that the photocrosslinked ferrocene-based methacrylate polymers also improve the batteries.
目次 Table of Contents
中文摘要.1

Abstract.2

第一章 文獻回顧.3
1-1 前言4
1-2 鋰二次電池發展.4
1-3 圖樣化的薄膜鋰二次電池.6
1-4 二茂鐵有機金屬化合物及其高分子介紹.10
1-5 研究動機.14
1-6 參考文獻.16

第二章 實驗部份.18
2-1 實驗藥品.19
2-2 基材.20
2-3 藥品縮寫名稱對照表.21
2-4 起始物製備.22
2-4-1 交聯劑poly(2-cinnamoyloxyethyl acrylate)合成.22
2-4-2 交聯劑前驅物poly(ethylene glycol) methacrylate 7合 成 .23
2-4-3 交聯劑前驅物poly(ethylene glycol) methacrylate 5合成.23
2-4-4 交聯劑-醯化之poly(ethylene glycol) methacrylate 7 合成.24
2-4-5 交聯劑-醯化之poly(ethylene glycol) methacrylate 5 合成.25
2-4-6 單體FcMA合成.26
2-4-7 PFcMA合成.27
2-5 高分子之共聚合反應.28
2-5-1 Poly(FcMA-co-PEGMA 7)-1合成.28
2-5-2 Poly(FcMA-co-PEGMA 7)-合成整理.29
2-5-3 Poly(FcMA-co-PEGMA 7)-1H-NMR整理.30
2-5-4 Poly(FcMA-co-PEGMA 5)-合成整理.31
2-5-5 Poly(FcMA-co-PEGMA 5)-1H-NMR整理.32
2-6 高分子之醯化反應.34
2-6-1 醯化之poly(FcMA-co-PEGMA 7)-1合成.34
2-6-2 醯化之poly(FcMA-co-PEGMA 7)合成整理.35
2-6-3 醯化之poly(FcMA-co-PEGMA 7)-1H-NMR整理.36
2-6-4 醯化之poly(FcMA-co-PEGMA 5)-1合成整理.38
2-6-5 醯化之poly(FcMA-co-PEGMA 5)-1H-NMR整理.39
2-7 光交聯的高分子圖樣化薄膜製備.41
2-8 光交聯的高分子薄膜電極製備.42
2-9 儀器鑑定分析.42
1. 電化學分析 (Electrochemial Analyzer).42
2. 石英晶體微天秤 (Quartz crystal microbalance,QCM) 原理與測試.44
3. 紫外光-可見光分光光度計 (UV-Vis Spectrophotometer).45
4. 場發射型掃描式電子顯微鏡 (Field-Emission Scanning Electron Microscopy Field-Emission SEM).46
5. 核磁共振光譜 (Nuclear Magnetic Resonance,NMR).46
6. 傅立葉轉換紅外線光譜儀 (FT-IR Spectrometers).46
7. 凝膠滲透層析儀 (Gel Permeation Chromatogrpahy).47
2-10 參考文獻.48

第三章 結果與討論.49
3-1 實驗流程.50
3-2 交聯劑的合成與1H-NMR光譜.51
3-2-1 交聯劑的合成-1.51
3-2-2 光交聯反應測試.52
3-3 交聯劑的結構修飾.53
3-4 單體FcMA的合成.54
3-5 高分子共聚物合成與1H-NMR光譜整理.55
3-5-1 Poly(FcMA-co-PEGMA 7)的合成.55
3-5-2 Poly(FcMA-co-PEGMA 7)的合成之1H-NMR比較.55
3-5-3 Poly(FcMA-co-PEGMA 5)的合成.56
3-5-4 Poly(FcMA-co-PEGMA 5)之1H-NMR比較.57
3-6凝膠滲透層析儀 (Gel Permeation Chromatography, GPC).58
3-6-1 GPC-poly(FcMA-co-PEGMA 7)數據圖..60
3-6-2 GPC-poly(FcMA-co-PEGMA 5)數據圖.63
3-7 傅立葉紅外線光譜 (FTIR spectrum).65
3-8 紫外/可見光光譜 (UV/VIS spectrum).67
3-9 光圖樣化高分子電極.68
3-10 電化學測試.70
3-10-1醯化之poly(FcMA-co-PEGMA 7)的電容量數據.70
3-10-2 石英晶體微天秤 (QCM) 的量測.72
3-10-3 醯化之poly(FcMA-co-PEGMA 7)-(m = 22,n = 1)充放電 (Charge/Discharge) 測試.74
3-10-4 醯化之poly(FcMA-co-PEGMA 7)-(m = 22,n = 1) 循環壽命 (Cycle) 測試.75
3-11 高分子有進行光交聯反應與無進行光交聯反應的電化學測試.77
3-11-1 高分子的循環伏安法 (CV) 測試.77
3-11-2 高分子的充放電測試.78
3-11-3 高分子的 C-rate 測試.79
3-11-4 高分子的循環壽命 (Cycle) 測試.80
3-12 高分子的 循環伏安法 (CV) 測試與擴散的探討.82
3-12-1 高分子循環伏安法 (CV) 測試.82
3-12-2 高分子的擴散探討.86
3-13 參考文獻.89

第四章 結論.90
4-1 結論.91

附錄 光譜資料.92
參考文獻 References
第一章
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