一種以d-酒石酸為模板制備導(dǎo)電聚苯胺納米管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)電納米管制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以D-酒石酸為模板制備導(dǎo)電聚苯胺納米管的方法。該方法以D-酒石酸為模板、苯胺通過自組裝以及原位聚合制備出具有納米管狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚苯胺。
【背景技術(shù)】
[0002]聚苯胺作為一種常見的導(dǎo)電聚合物，由于其制備簡單，成本低廉，以及具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性和獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，常常被用于超級電容器、電池、傳感器以及防腐領(lǐng)域，得到了世界各國科研工作者的大力關(guān)注。特別是具有納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚苯胺，由于其粒徑極小、比表面積大、極快的電子轉(zhuǎn)移速率等性質(zhì)，賦予了納米導(dǎo)電聚苯胺材料具有傳統(tǒng)塊體所不具備的許多獨特性能。
[0003]聚苯胺納米管由于能夠為電解質(zhì)離子的擴散和移動提供便捷的通道，縮短離子運輸?shù)木嚯x，從而提高離子與電極發(fā)生氧化還原反應(yīng)的效率，受到了科研工作者的關(guān)注和研究。譬如以軟模板法制備導(dǎo)電聚苯胺納米管(z.J.Gu, et al, Synthesisof polyaniline nanotubes with controlled rectangular or square pore shape.Mater.Lett.2014, 121, 12-14; H.J.Yin, et al, Synthesis of high-performanceone-dimens1nal polyaniline nanostructures using dodecylbenzene sulfonic acidas soft template.Mater.Lett.2011, 65, 850-853; M.M.Sk, et al, Synthesisof polyaniline nanotubes using the self-assembly behav1r of vitamin C: amechanistic study and applicat1n in electrochemical supercapacitors.J.Mater.Chem.A 2014，2，2830-2838.)以及無模板法制備導(dǎo)電聚苯胺納米管(Z.Z.Huang, et al,Preparat1n of polyaniline nanotubes by a template-free self-assembly method.Mater.Lett.2011,65, 2015-2018.)，上述各種軟模板法制備的聚苯胺納米管具有規(guī)整的管狀結(jié)構(gòu)且具有較好的電化學(xué)性能，但在工業(yè)化生產(chǎn)中存在一定的難度。無模板法制備聚苯胺具有環(huán)保、簡單等優(yōu)點，但是所得聚苯胺納米管的管徑大小無法可控且不規(guī)整，在一定程度上影響了聚苯胺的電化學(xué)性能。
[0004]D-酒石酸具有良好的水溶性，且來源廣泛、價格低廉，尤其是其分子鏈上存在大量的羥基和羧基，可與苯胺分子形成大量的氫鍵，適合作為制備納米管狀、棒狀材料的模板。以D-酒石酸作模板制備聚苯胺納米管是一種簡單且環(huán)保的制備方法，所得聚苯胺納米管狀結(jié)構(gòu)規(guī)整且具有良好的電化學(xué)性能，是一種理想的超級電容器電極材料，尤其是適合工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種以D-酒石酸為模板、通過自組裝技術(shù)以及原位聚合的方法制備出具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚苯胺納米管的方法。
[0006]本發(fā)明的思路:利用D-酒石酸分子上的羥基與苯胺分子形成氫鍵制備納米管狀結(jié)構(gòu)聚苯胺，為電解質(zhì)離子的擴散和移動提供良好的通道，使離子能夠與電極材料充分的發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而增大了材料的比電容，降低了其內(nèi)阻。所得納米管狀結(jié)構(gòu)聚苯胺具有良好的電化學(xué)性能，是一種理想的超級電容器電極材料。
[0007]具體步驟為:
(I)按照以下物質(zhì)的量比稱取原料，D-酒石酸:苯胺=0.5~4:1，其中苯胺為0.9mL。
[0008](2)將步驟(I)稱取的D-酒石酸加入到盛有20 ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌10 min，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟(I)稱取的苯胺和2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，在冰浴下攪拌lh，制得混合溶液。
[0009](3)將含有2.3g過硫酸銨的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，再向混合溶液中加入2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，然后用去離子水進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在60°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0010]本發(fā)明制備過程簡單、環(huán)保、可靠，原料來源廣泛、成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)，且所制得的納米管狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚苯胺比純聚苯胺有著更低的電阻、更高的比電容。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實施例1~5所制備的導(dǎo)電聚苯胺納米管在電流密度為0.2 A/g時的恒流充放電曲線圖。
[0012]圖2是本發(fā)明實施例2所制備的導(dǎo)電聚苯胺納米管在不同電流密度下的恒流充放電曲線圖。
[0013]圖3是本發(fā)明實施例3所制備的導(dǎo)電聚苯胺納米管在不同電流密度下的恒流充放電曲線圖。
[0014]圖4是本發(fā)明實施例4所制備的導(dǎo)電聚苯胺納米管在不同電流密度下的恒流充放電曲線圖。
[0015]其中，實施例2所得導(dǎo)電聚苯胺納米管在電流密度為0.2 A/g,0.5 A/g,0.7 A/g和I A/g時的比電容量分別為541.2 F/g、551.9 F/g、576.2 F/g和604.2 F/g;實施例3所得導(dǎo)電聚苯胺納米管在電流密度為0.2 A/g,0.5 A/g,0.7 A/g和I A/g時的比電容量分別為567.5 F/g, 532.3 F/g, 530.9 F/g和533.6 F/g ;實施例4所得導(dǎo)電聚苯胺納米管在電流密度為0.2 A/g,0.5 A/g,0.7 A/g和I A/g時的比電容量分別為406.1 F/g,455.6 F/g、478.2 F/g和 508.9 F/g。
[0016]圖5是本發(fā)明實施例1~5所制備導(dǎo)電聚苯胺納米管在電流密度為0.2 A/g時測試的電容。
【具體實施方式】
[0017]實施例1:
(I)按照以下物質(zhì)的量比稱取原料，D-酒石酸:苯胺=0:1，其中苯胺為0.9mL。
[0018](2)將步驟(I)稱取的苯胺和2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液加入到盛有20ml去離子水的燒瓶中，在冰浴下攪拌lh，制得混合溶液。
[0019](3)將含有2.3g過硫酸銨的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，再向混合溶液中加入2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，然后用去離子水進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在60°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0020]實施例2:
(I)稱取D-酒石酸0.74g和苯胺0.9mL。
[0021](2)將步驟(I)稱取的D-酒石酸加入到盛有20 ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌10 min，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟(I)稱取的苯胺和2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，在冰浴下攪拌lh，制得混合溶液。
[0022](3)將含有2.3g過硫酸銨的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，再向混合溶液中加入2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，然后用去離子水進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在60°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0023]實施例3:
(I)稱取D-酒石酸1.48g和苯胺0.9mL。
[0024](2)將步驟(I)稱取的D-酒石酸加入到盛有20 ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌10 min，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟(I)稱取的苯胺和2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，在冰浴下攪拌lh，制得混合溶液。
[0025](3)將含有2.3g過硫酸銨的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，再向混合溶液中加入2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，然后用去離子水進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在60°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0026]實施例4:
(I)稱取D-酒石酸2.96g和苯胺0.9mL。
[0027](2)將步驟⑴稱取的D-酒石酸加入到盛有20 ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌10 min，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟(I)稱取的苯胺和2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，在冰浴下攪拌lh，制得混合溶液。
[0028](3)將含有2.3g過硫酸銨的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，再向混合溶液中加入2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，然后用去離子水進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在60°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0029]實施例5:
(I)稱取D-酒石酸5.93g和苯胺0.9mL。
[0030](2)將步驟⑴稱取的D-酒石酸加入到盛有20 ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌10 min，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟(I)稱取的苯胺和2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，在冰浴下攪拌lh，制得混合溶液。
[0031 ] (3)將含有2.3g過硫酸銨的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，再向混合溶液中加入2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，然后用去離子水進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在60°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
【主權(quán)項】
1.一種以D-酒石酸為模板制備導(dǎo)電聚苯胺納米管的方法，其特征在于具體步驟為: (1)按照以下物質(zhì)的量比稱取原料，D-酒石酸:苯胺=0.5~4:1，其中苯胺為0.9mL ; (2)將步驟(I)稱取的D-酒石酸加入到盛有20ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌10min，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟(I)稱取的苯胺和2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，在冰浴下攪拌lh，制得混合溶液； (3)將含有2.3g過硫酸銨的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，再向混合溶液中加入2mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，然后用去離子水進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在60°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以D-酒石酸為模板制備導(dǎo)電聚苯胺納米管的方法。將苯胺分散在含有不同比例D-酒石酸的水溶液中，在冰水浴的條件下，充分?jǐn)嚢?，得到均勻的混合溶液。然后逐滴加入氧化引發(fā)劑——過硫酸銨，引發(fā)苯胺聚合，在攪拌條件下反應(yīng)12h，隨后用2mL濃度為1M的鹽酸溶液進(jìn)行摻雜，得到具有管狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚苯胺材料。本發(fā)明制備過程簡單、環(huán)保、可靠，原料來源廣泛、成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)，且所制得的納米管狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚苯胺比純聚苯胺有著更低的電阻、更高的比電容。
【IPC分類】B82Y30/00, C08G73/02, B82Y40/00
【公開號】CN105037718
【申請?zhí)枴緾N201510534026
【發(fā)明人】樊新, 劉錚, 文德興
【申請人】桂林理工大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月27日