一種球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，屬于聚苯胺復(fù)合材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]聚苯胺具有共軛結(jié)構(gòu)的分子鏈，其離域P電子和摻雜形成的極化子充當(dāng)導(dǎo)體的載流子。這種載流子在共軛的分子鏈上通電可移動(dòng)，形成電流，因此聚苯胺具有導(dǎo)電性。聚苯胺及其復(fù)合材料由于良好的電活性、較高的儲(chǔ)能密度和放電特性以及低廉的價(jià)格，在超電容器領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。
[0003]超級(jí)電容器作為一種儲(chǔ)能原件，以其優(yōu)異的功率特性和循環(huán)性能而廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、通訊、玩具及智能儀器等領(lǐng)域。而電極材料作為決定超級(jí)電容器性能的決定因素，成為目前研究的重點(diǎn)。聚合物作為超級(jí)電容器的電極材料主要是通過(guò)在電極表面形成可逆的氧化還原反應(yīng)來(lái)完成儲(chǔ)能過(guò)程。但是，由于本征的聚苯胺由于結(jié)構(gòu)較致密，表面積不夠大而不能為氧化還原反應(yīng)提供更多點(diǎn)位，導(dǎo)致導(dǎo)電率偏低，循環(huán)穩(wěn)定性差，限制了其應(yīng)用。
[0004]選用形狀規(guī)則的花粉與苯胺單體聚合后形成獨(dú)特的球形且表面含微孔的結(jié)構(gòu)。獨(dú)特的球形結(jié)構(gòu)及較高的比表面積能有效減少質(zhì)量與電荷傳輸?shù)拈L(zhǎng)度，有利于提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性和環(huán)境穩(wěn)定性；同時(shí)，表面的微孔結(jié)構(gòu)有利于聚苯胺電極材料的充放電過(guò)程中電解液粒子通過(guò)微孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)散到聚苯胺表面和在聚苯胺電極內(nèi)部的擴(kuò)散。與常用的苯胺單體與石墨烯納米片、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯的聚合形成球形結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料相比，采用花粉為原料的聚苯胺復(fù)合材料的制備具有環(huán)境友好、成本低廉、合成更簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，且以花粉為原料的聚苯胺復(fù)合材料的制備還未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種全新的球形結(jié)構(gòu)的聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，與通常采用石墨烯納米片、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等與苯胺單體聚合形成球形結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料相比，具有環(huán)境友好、成本低廉、合成更簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)按23?70g/L的比例將花粉添加到去離子水和乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，并超聲分散混合得到懸浮液A;
(2)按23?70g/ L的比例在懸浮液A中加入苯胺，并再次超聲分散得到懸浮液B;
(3)將懸浮液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，水浴加熱，并控制溫度為5?25°C，將氧化劑溶于去離子水與酒精的混合溶劑中并添加到懸浮液B中，再在混合溶液中添加一定量的酸;控制反應(yīng)時(shí)間為6?26h反應(yīng)得到溶液C;懸浮液B中氧化劑的添加量為65?123g/L，酸的添加量為0.95?
1.5mol/L；
(4)將溶液C過(guò)濾、洗滌后干燥得到球形結(jié)構(gòu)的聚苯胺復(fù)合材料。
[0007]優(yōu)選的，本發(fā)明所述去離子水與酒精的質(zhì)量比均為85:15?75:25 優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(I)所述超聲分散的時(shí)間為20?40min。
[0008]優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)所述超聲分散的時(shí)間為30?60min。
[0009]優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(3)中所述氧化劑為過(guò)氧化氫或過(guò)硫酸銨中的一種或兩種按摩爾比1:1-1:2的比例混合。
[0010]優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(3)中所述酸性溶液為硫酸、鹽酸、高氯酸中的任意一種。
[0011]本發(fā)明的有益效果:采用一種全新的原材料花粉與苯胺單體原位聚合形成球形且表面含微孔結(jié)構(gòu)的花粉/聚苯胺復(fù)合材料。獨(dú)特的球形結(jié)構(gòu)及較高的比表面積能有效減少質(zhì)量與電荷傳輸?shù)拈L(zhǎng)度，有利于提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性和環(huán)境穩(wěn)定性；同時(shí)，表面的微孔結(jié)構(gòu)有利于聚苯胺電極材料的充放電過(guò)程中電解液粒子通過(guò)微孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)散到聚苯胺表面和在聚苯胺電極內(nèi)部的擴(kuò)散。與常見(jiàn)的苯胺單體與石墨烯納米片、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯的聚合形成球形結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料相比，采用該原料合成聚苯胺復(fù)合材材料的過(guò)程具有環(huán)境友好、成本低廉、工藝簡(jiǎn)單易控等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)果重復(fù)性好、材料穩(wěn)定性好。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為實(shí)施例1制備得到的聚苯胺復(fù)合材料的SEM形貌。
[0013]圖2為實(shí)施例1相同方法制備得到的本征態(tài)聚苯胺材料的SEM形貌。
[0014]圖3為實(shí)施例1相同方法制備得到本征態(tài)聚苯胺材料的IR圖譜。
[0015]圖4實(shí)施例1制備得到的聚苯胺復(fù)合材料的IR圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0017]實(shí)施例1
本實(shí)施例所述的原位聚合法制備球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的方法，具體包括如下步驟:
(I)按31 g/L的添加量將花粉添加到去離子水和乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，并超聲分散混合得到懸浮液A;懸浮液A中去離子水與酒精的質(zhì)量比為80:20，超聲處理時(shí)間20min。
[0018](2)按31g/L的添加量在懸浮液A中加入苯胺，并再次超聲分散得到懸浮液B;懸浮液B的超聲處理時(shí)間為40min。
[0019](3)將懸浮液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，水浴加熱，并控制溫度為5°C，將氧化劑過(guò)硫酸銨溶于去離子水與酒精的混合溶劑中并添加到懸浮液B中，再在混合溶液中添加一定量的鹽酸;控制反應(yīng)時(shí)間為24h反應(yīng)得到溶液C;懸浮液B中過(guò)硫酸銨的添加量為114g/L，鹽酸的添加量為1.0 mol/L，去離子水浴酒精的質(zhì)量比為80:20。
[0020](4)將溶液C過(guò)濾、洗滌后干燥得到球形結(jié)構(gòu)的聚苯胺復(fù)合材料。
[0021]本實(shí)施所述聚苯胺復(fù)合材料的SEM形貌如圖1所示。從圖中可以看出，復(fù)合材料呈現(xiàn)規(guī)則完整的球形結(jié)構(gòu)、表面含孔、粒度均勻，粒徑均在1?30μπι間。按本實(shí)施例方法制備的本征態(tài)聚苯胺(Pani)材料的IR圖譜如圖2;按本實(shí)施例方法花粉/聚苯胺(Pani)復(fù)合材料的IR圖譜如圖3。將圖2與圖3相對(duì)比可看出，兩者在頻率范圍為4000?2500cm—1的第一特征峰區(qū)、2500?1900 cm—1的第二特征峰區(qū)、1900?1500cm—1的第三特征峰區(qū)及1500?60cm—1的第四特征峰區(qū)都存在振動(dòng)吸收;但是兩者的譜帶數(shù)目和各峰的吸收輕度發(fā)生了明顯改變，這是由于復(fù)合物會(huì)出現(xiàn)譜帶的重疊、加寬及對(duì)稱性的破壞，因此圖2中本征態(tài)聚苯胺材料的譜帶形狀明顯比圖3中復(fù)合材料的尖銳且對(duì)稱性也更好，很好的證明了花粉與苯胺單體的聚合。
[0022]實(shí)施例2
本實(shí)施例所述的原位聚合制備球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的方法，具體包括如下步驟:
(I)按23g/L的添加量將花粉添加到去離子水及乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，并超聲混合得到懸浮液A;在懸浮液A中去離子水與乙醇酒精的質(zhì)量比為75: 25，超聲處理時(shí)間為40mino
[0023](2)按23g/L的添加量在懸浮液A中加入苯胺并再次超聲分散60min得到懸浮液B。
[0024](3)將懸浮液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，水浴加熱，并控制溫度為15°C，將過(guò)氧化氫與過(guò)硫酸銨按摩爾比1:1的比例溶于去離子水與乙醇的混合溶劑中并添加到懸浮液B中，再在混合溶液中添加一定量的硫酸;控制反應(yīng)時(shí)間為6h反應(yīng)得到溶液C;懸浮液B中摩爾比為1:1的過(guò)硫酸銨與過(guò)氧化氫的添加量分別為57g/L與8.5g/L，硫酸的添加量為0.95 mol/L，去離子水與乙醇的質(zhì)量比為75:25。
[0025](4)將溶液C過(guò)濾、洗滌后干燥得到花粉/聚苯胺復(fù)合材料。
[0026]實(shí)施例3
本實(shí)施例所述的原位聚合制備球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的方法，具體包括如下步驟:
((I)按70 g/L的比例將花粉添加到去離子水和乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，并超聲分散混合得到懸浮液A;懸浮液A中去離子水與酒精的質(zhì)量比為85:15，超聲處理時(shí)間為30min。
[0027](2)按70g/L的比例在懸浮液A中加入苯胺并再次超聲分散50min得到懸浮液B。
[0028](3)將懸浮液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)爸中，水浴加熱，并控制溫度為25°C，將氧化劑過(guò)氧化氫與過(guò)硫酸銨按摩爾比1:2的比例溶于去離子水與乙醇的混合溶劑中并添加到懸浮液B中，再在混合溶液中添加一定量的高氯酸?？刂品磻?yīng)時(shí)間為26h反應(yīng)得到溶液C;懸浮液B中摩爾比為1: 2的過(guò)氧化氫與過(guò)硫酸銨的添加量分別為8.5g/L與114g/L，高氯酸的添加量為1.5mol/L;去離子水與乙醇的質(zhì)量比為85:15。
[0029](4)將溶液C過(guò)濾、洗滌后干燥得到花粉/聚苯胺復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)按23?70g/L的比例將花粉添加到去離子水和乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，并超聲分散混合得到懸浮液A; (2)按23?70g/ L的比例在懸浮液A中加入苯胺，并再次超聲分散得到懸浮液B; (3)將懸浮液B轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，水浴加熱，并控制溫度為5?25°C，將氧化劑溶于去離子水與酒精的混合溶劑中并添加到懸浮液B中，再在混合溶液中添加一定量的酸;控制反應(yīng)時(shí)間為6?26h反應(yīng)得到溶液C;懸浮液B中氧化劑的添加量為65?123g/L，酸的添加量為0.95?1.5mol/L； (4)將溶液C過(guò)濾、洗滌后干燥得到球形結(jié)構(gòu)的聚苯胺復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:去離子水與酒精的質(zhì)量比為85:15?75:25。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述超聲分散的時(shí)間為20?40min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述超聲分散的時(shí)間為30?60min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述氧化劑為過(guò)氧化氫或過(guò)硫酸銨中的一種或兩種按摩爾比1:1?1:2的比例混合。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述酸性溶液為硫酸、鹽酸、高氯酸中的任意一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種球形結(jié)構(gòu)聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，屬于聚苯胺復(fù)合材料的制備工藝領(lǐng)域。本發(fā)明選用花粉、苯胺單體和氧化劑及酸性溶液為試劑，在酸性條件下低溫原位聚合制備具有球形結(jié)構(gòu)的聚苯胺復(fù)合材料。本發(fā)明所述原料花粉易得，成本低廉，反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單可控，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性高，制備的復(fù)合材料具有球形結(jié)構(gòu)，粒度均勻，粒子表面含孔，分散性好。
【IPC分類】C08J3/12, C08G73/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105601916
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610041104
【發(fā)明人】張正富, 張競(jìng), 孫冬, 郭文凱
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年1月22日