[发明专利]一种高电导率片状聚吡咯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电聚合物材料，具体地说，是通过原位聚合的方法利用磺酸功能化石墨烯纳米片诱导制备具有片状结构的导电聚吡咯，这种高电导率片状聚吡咯可应用于金属防腐或超级电容器电极材料。

背景技术

导电聚合物纳/微米结构因其同时具有低维材料和有机导体的优点引起关注。聚吡咯作为一种典型的导电聚合物,具有环境稳定性好、电导率高、容易合成等优点,纳/微米结构聚吡咯的合成引起了人们的极大兴趣。近年来，具有有序与特定形貌的聚吡咯，例如管、线、棒、带、纤维因其独特性能以及在电学、光学以及其他仪器中的应用备受人们的青睐。

目前，纳/微米结构导电聚合物的制备方法主要有硬模板法、软模板法以及电化学聚合法。其中，硬模板法较为常用，但后处理繁琐。软模板法由于合成过程简单，条件易控制，易于规模化操作等优点得到了广泛的应用。在以自组装软模板法合成各种具有特殊微形貌聚吡咯的过程中，常常需要在反应体系中添加一些辅助试剂（掺杂剂），如无机或有机酸、表面活性剂、染料和环糊精等，以得到具有结构均一的特殊形貌聚吡咯。

利用少量的导电聚合物纳米纤维或电纺聚合物纤维[Zhang XY,Manohar SK,Bulk synthesis polypyrrole nanofibers by seeding approach.J.AM.Chen.Soc.,2004,126:12714-12715.Wang FC,Xu XP,Gong J,Luo YQ,Hou YL,Zheng XF,Qu LY.Polyaniline microrods synthesized by a polyoxometalates/poly(vinyl alcohol)microfibers template.Mater.Lett.,2005,59:3982-3985.]作为种子可诱导电聚合物聚合为一维的纳米纤维结构，但这类种子模板法制备的导电聚苯胺仅限于一维的纳/微米纤维/棒/线。一方面，此类导电聚合物的电导率还不尽人意，应用于超级电容器电极材料时无法获得高的比电容；另一方面，一维的导电聚合物在合金与金属的防腐方面应用受到限制。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的在于一种高电导率片状聚吡咯的制备方法，工艺简单，获得的片状聚吡咯具有较高的电导率和较高的比电容。

为了实现上述发明目的，提供技术方案如下：

一种高电导率片状聚吡咯的制备方法，步骤如下：

（1）将磺酸功能化石墨烯分散于水中，搅拌并利用超声波分散制成石墨烯分散液，备用；

磺酸功能化石墨烯分散液的浓度是0.05-0.5mg/mL，较佳的范围是0.1-0.3mg/mL；

（2）将吡咯单体注射至步骤（1）的石墨烯分散液，搅拌并利用超声波分散形成反应体系，备用；

磺酸功能化石墨烯与吡咯单体的质量比为1:300-1:10；吡咯在使用前经重蒸；

（3）将氧化剂溶解于水中制成溶液，按照0.02-0.5mL/min的滴加速度缓慢滴加至（2）形成的反应体系，混合均匀，在搅拌条件于0-30℃进行反应6-24h，将得到的产物用去离子水反复清洗，并于真空干燥箱内60℃干燥24h，得到具有片状结构的导电聚吡咯。

氧化剂是过硫酸铵、过硫酸钾、无水三氯化铁、九水硝酸铁或无水硫酸铁中的任一种；吡咯与氧化剂的摩尔比为1:1-1:4。

本发明的优点在于：

1，磺酸功能化石墨烯表面的磺酸根离子、羟基可诱导吡咯在其附近成核，并复制石墨烯纳米片的片状结构（结构式1所示）。

由这种方法制备得到的片状结构因磺化石墨烯纳米片同时起到种子与掺杂剂的作用具有较高的电导率（达10¹S/cm），此种方法国内外尚未见报道，并且具有较高的比电容，应用范围广，可用作诸如金属防腐及超级电容器电极材料。

2、采用一步法进行原位聚合反应，设备简单、操作容易，容易扩大规模生产。

附图说明

图1为本发明实施例1制备磺酸功能化石墨烯与片状聚吡咯的SEM照片，左图为放大5000倍的磺酸功能化石墨烯SEM照片，右图为放大25000倍的片状聚吡咯的SEM照片，采用JSM-5610型扫描电镜（日本JEOL公司）进行测试，样品在测试前镀铂金。由SEM图像可见，磺化石墨烯呈现出纳米片层连接的微结构。聚吡咯为典型的片状结构，片层尺寸200-600nm，片层厚度为10-20nm。