聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等杂环聚合物是一类新兴的导电材料,具有优良的物理化学性能,它们可以在导体和绝缘体之间转换,同时也具有原料易得、制备简单、稳定性好等特点,被广泛地应用在电化学催化、电极材料、光学器件、传感器、金属防腐等领域,这类化合物对人们日常生活及当代科技的发展都产生了重大影响。过去对杂环化合物的电化学制备是在水溶液或有机溶剂中进行的,聚合物的电导率有时会受到水的影响。离子液体作为一类新型的环境友好试剂具有溶解能力强、电化学窗口宽、无蒸气压、在电化学反应中可同时作为溶剂和支持盐使用的优点,被成功地应用到了许多化学反应中。本论文结合了导电聚合物和离子液体两种具有发展前景的材料和溶剂的优点,制备了聚3-甲基噻吩、聚吡咯、聚苯胺均聚物和共聚物修饰电极,对所制备的电极都进行了物理和化学方面的表征,并将聚合物膜修饰电极应用到邻苯二酚、对苯二酚、抗坏血酸、多巴胺等小分子的氧化还原催化反应,以及CO₂的电化学还原中,结果表明,聚合物修饰电极具有独特的催化特性,它本身能够导电并提供更大的表面,能够在小分子催化领域发挥作用。具体的工作内容如下:一、3-甲基噻吩在[BMIM]PF₆离子液体中的电化学聚合聚3-甲基噻吩（PMT）可以通过循环伏安、恒电位和恒电流的方法制得,所用溶剂为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[BMIM]PF₆）离子液体,工作电极为Pt电极和ITO电极。采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析了聚合物的结构和基团;采用扫描电镜（SEM）分析了聚合物膜的结构。采用电化学技术分析了聚合物修饰电极的电化学特征,发现在离子液体中得到的聚合物膜,循环伏安图（CV）显示PMT膜修饰电极掺杂和去掺杂的过程很明显,并且氧化还原的可逆性很好,得到的聚合物膜很稳定。将得到的聚合物膜修饰电极应用在邻苯二酚、对苯二酚、抗坏血酸和多巴胺的分离检测中,通过CV图发现PMT膜修饰电极对邻苯二酚和对苯二酚的氧化还原具有催化作用。通过微分脉冲伏安图（DPV）发现PMT膜修饰电极能够很好地把抗坏血酸和多巴胺的氧化峰分离,这一性质对于上述两种物质的检测具有一定的应用价值。在电色效应的研究中,单电位和双电位阶跃分别用在变色响应的实验中,结果表明,在单电位阶跃过程中聚合物修饰电极能够在0.0001 s内从氧化态的蓝黑色变换到还原态的棕红色,具有良好的电致变色响应。二、3-甲基噻吩、苯胺在[HMIM]BF₄离子液体中的电化学共聚以离子液体1-甲基咪唑四氟硼酸盐（[HMIM]BF₄）为溶剂和支持电解质,电化学方法实现了苯胺和3-甲基噻吩的均聚和共聚,用循环伏安法（CV）、交流阻抗法（EIS）、红外光谱（FT-IR）、紫外光谱（UV）、原子力显微镜（AFM）研究了聚合物的性质,以验证是否生成了不同于均聚物的物质。同时考察了聚合物修饰电极对对苯二酚的催化作用。通过对聚合过程中的循环伏安图、红外、紫外的比较,证明在离子液体[HMIM]BF₄中苯胺和3-甲基噻吩能够实现共聚。交流阻抗显示了不同电位下聚合物的导电情况,氧化掺杂态显示出了好的导电性。通过比较均聚物和共聚物对对苯二酚的催化效果,证明聚苯胺和共聚物的催化效果要好于聚3-甲基噻吩。三、离子液体中3-甲基噻吩在TiO₂电极上的电化学聚合及其性质研究采用溶胶凝胶法制成了TiO₂电极,在离子液体[BMIM]PF₆中将其应用于3-甲基噻吩的电化学聚合,采用循环伏安法（CV）,在线紫外可见光谱（in situUV-Vis）,扫描电镜（SEM）和电化学阻抗谱（EIS）对TiO₂/聚3-甲基噻吩（TiO₂/PMT）复合膜进行了表征并研究了其电化学性质。实验证明,不论是用循环伏安法,恒电位,还是恒电流方法,都能在电极上得到聚3-甲基噻吩（PMT）膜,并伴随有明显的掺杂和去掺杂过程。对应的在线紫外可见光谱上,也出现了氧化和还原两种不同的吸收状态,还原（去掺杂）过程中在480 nm处有一个吸收峰,而氧化（掺杂）过程中此峰消失,取而代之的是一个可见光区的逐渐增强的吸收。PMT膜是p型半导体,TiO₂是n型半导体,两者之间能够形成p-n异质结,使吸收波长红移至600 nm。SEM给出了TiO₂电极和聚合物修饰的TiO₂的形貌图,电极的交流阻抗谱则从一个角度说明了聚合物膜修饰电极的导电性。四、吡咯在[BMIM]PF₆离子液体中的电化学聚合及表征以离子液体[BMIMPF₆及[BMIM]TFSI作为溶剂和支持电解质,分别在铂电极和导电玻璃电极上电化学聚合得到了聚吡咯（PPy）,聚合过程中发现,在离子液体中聚合的循环伏安图,其电流的变化和传统有机溶剂中的不同,不同离子液体中吡咯聚合时的循环伏安图也不同,电流的变化受粘度影响很大。通过交流阻抗技术研究了修饰电极的电化学性质,采用在线紫外、拉曼、红外谱对聚吡咯进行了光谱表征,得到了聚吡咯的特征峰,采用扫描电镜研究了聚合物的形貌。最后将修饰电极应用于对苯二酚的催化反应当中,显示了一定的催化作用。五、聚吡咯修饰电极对抗坏血酸和多巴胺的电催化作用在离子液体[BMIM]PF₆中制备了聚吡咯（PPy）修饰的玻碳电极,扫描电镜（SEM）显示修饰电极具有菜花状结构。将修饰电极应用在多巴胺（DA）和抗坏血酸（AA）的检测中,结果表示,在裸的玻碳电极上,DA和AA的氧化峰重叠在一起,而在PPy修饰电极上,两者则显示了明显的分开的氧化峰。氧化峰电位之差ΔE=200 mV,并且在修饰电极上两者的氧化电位都有正移,同时修饰电极上可以达到最大的电流值。实验中还考察了溶液体系的pH值及聚合物膜厚度对电化学催化效果的影响。结果表明:当pH=6.2时,循环伏安聚合2个循环或3个循环时的催化效果最好六、CO₂在聚吡咯、金属配合物/聚吡咯及聚吡咯/金属配合物-碳纳米管修饰电极上的电化学还原制备了聚吡咯（PPy）、酞箐钴（CoPc）、酞箐钴/聚吡咯（CoPc/PPy）以及聚吡咯/酞箐钴-单壁碳纳米管（PPy/CoPc-SWCNT）修饰电极,并将其应用到电化学催化还原CO₂的反应中,反应的溶液体系为含0.1 mol·L^-1高氯酸锂（LiClO₄）的乙腈/水混合溶液。实验证明,在裸的玻碳电极上,在0.4～-1.4 V之间,循环伏安图上没有发生任何关于CO₂还原的反应。以PPy以及CoPc为基础的修饰电极对电化学还原CO₂有催化作用。CoPc修饰电极不稳定,催化剂很快便进入到溶液中去,PPy、CoPc/PPy、PPy/CoPc-SWCNT电极都具有较好的稳定性,其中以PPy/CoPc-SWCNT电极的稳定性最好。与PPy电极相比,CoPc/PPy电极在循环伏安图上显示了更好的催化效果,CO₂的还原过电位正移了160 mV,还原峰电流增大。还原过程中的反应机理为H⁺还原生成吸附H(H_ads),吸附H与CO₂反应,达到还原CO₂的目的。