[发明专利]一种夹层状二氧化锰/聚苯胺复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型能源材料领域，具体涉及一种夹层状二氧化锰/聚苯胺复合材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器作为一种新型的能源存储元件，具有充放电效率高、循环使用寿命长、绿色无污染等众多优点，在移动通讯、电动汽车、航空航天等领域具有广阔的应用前景。自从其被提出来，就受到世界的关注。超级电容器按照储能机理分为双电层电容器和法拉第赝电容器，主要的电极材料有碳材料、过渡金属及其氧化物、导电聚合物以及复合材料。

二氧化锰因具有高理论比电容和能量密度，同时在自然界具有丰富的储量，是用作超级电容器电极的理想材料。然而，二氧化锰存在许多待解决的问题：(1) 二氧化锰颗粒易团聚导致实际容量远小于理论容量；(2) 相对于其他两种材料，二氧化锰的电子电导率较低，导致电容器内阻过大，容易发热，同时电容衰减过快。因此，通过与其他材复合料制备高比表面、高电导率的复合材料是当今的热点。在酸性条件下，掺杂聚合的聚苯胺具有很高电导率，是二氧化锰复合的最佳选择。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能的夹层状二氧化锰/聚苯胺复合材料及其制备方法，将二氧化锰片层与聚苯胺交替叠加制成夹层状二氧化锰/聚苯胺复合材料，在酸性条件下，掺杂聚合生成的聚苯胺大大提高了复合材料的导电性，同时聚苯胺层有效的抑制了二氧化锰片层的团聚，充分发挥了二氧化锰的高比电容等性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种夹层状二氧化锰/聚苯胺复合材料的制备方法，以苯胺有机溶液作为有机相，高锰酸钾酸性水溶液作为无机相，采用有机-无机界面反应，在低温条件下反应一段时间，最后抽滤、洗涤、干燥制备了层层交替的二氧化锰/聚苯胺复合材料。

具体地，一种夹层状二氧化锰/聚苯胺复合材料的制备方法，将苯胺溶解在有机溶剂中得到苯胺有机溶液，将高锰酸钾溶解在去离子水中得到高锰酸钾水溶液，对两种溶液分别进行低温预处理，并调节高锰酸钾水溶液的pH值为1~4；将高锰酸钾水溶液引入至苯胺有机溶液表面，形成两相界面，0-4℃条件下反应12-48小时；产物经过滤、洗涤、干燥制得夹层状二氧化锰/聚苯胺复合材料。

所述的有机溶剂为四氯化碳、甲苯、二氯甲苯中的一种或多种。

苯胺有机溶液中苯胺与有机溶剂的体积比为：1-10:100。

高锰酸钾水溶液的浓度为0.001~0.01mg/mL。

所述的低温预处理为将溶液密封、放置于0~5℃低温处理30~50min。

如上所述的制备方法制得的夹层状二氧化锰/聚苯胺复合材料的应用，具体为用作超级电容器的电极材料。

本发明的有益效果在于：

（1）在酸性条件下，掺杂聚合生成的聚苯胺具有良好的电导率，同时利用有机-无机界面反应，制备夹层状的二氧化锰/聚苯胺复合材料，有效抑制了二氧化锰在循环充放电过程中的团聚现象；

（2）由于二氧化锰和聚苯胺层层之间的协同作用，复合材料具有高电导率、高比电容等性能，为其在超级电容器电极材料的应用奠定了基础。

附图说明

图1为实例1制得的夹层状的二氧化锰/聚苯胺复合材料的TEM图；

图2为实例1制得的夹层状的二氧化锰/聚苯胺复合材料的FT-IR图；

图3为实例1制得的夹层状的二氧化锰/聚苯胺复合材料的充-放电图。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

一种夹层状二氧化锰/聚苯胺复合材料的制备方法，具体步骤为：

（1）量取苯胺（经过2次蒸馏提纯），溶于100mL有机溶剂中，配制成相应浓度的有机溶液；

（2）称量高锰酸钾固体，溶于100mL去离子水中，并用硫酸调节pH，配制成相应浓度的水溶液；

（3）将上述配制好的溶液放置于低温条件下（0~5℃）预处理30~50min，然后将高锰酸钾溶液缓慢引入至苯胺有机溶液中，形成稳定的有机-无机溶液后，置于0-4℃条件下，反应12-48h；

（4）将上述溶液抽滤、洗涤、干燥，得到最终产物。

实施例1

（1）量取1mL苯胺单体，溶于100mL的四氯化碳有机溶剂中，得到苯胺有机溶液；

（2）称量0.1mg高锰酸钾固体，溶于100mL的去离子水中，得到0.001mg/mL的高锰酸钾水溶液，用浓硫酸调节pH值为3；