[发明专利]一种形貌可控的碳材料/导电聚合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料生产技术领域，具体涉及碳材料与导电的聚合物制备方法。

背景技术

超级电容器中，使用最多的电极材料就是具有多孔结构及高比表面积的碳材料。至今报道过的碳材料有活性炭、碳纤维、炭黑、炭气凝胶、碳纳米管以及石墨烯等。碳基材料利用双电层储能，即插入电解液中的电极表面与溶液两侧会分布电荷数量相等而符号相反的离子层，在溶液中和电极上形成了两个电荷层，这就是常说的双电层，从而相间产生电位差，因此可通过增大碳材料的比表面积来增大电容器的比电容。

近年来，金属氧化物以其良好的电化学性能备受关注；而导电聚合物则以良好的电子导电性、小内阻及高比容量等优势迅速升温。通过近年来超级电容器电极材料的研究方向可以看出，电极材料的发展趋势主要有两个方向：（1）材料的复合化：利用不同材料间的协同作用，通过不同材料间的复合、掺杂等方式，以期得到性能优异的电极材料。（2）材料的纳米化：纳米级材料不仅具有高的比表面积，而且可以改善电子、离子传输扩散路径，从而提高电极性能。

因此，可以预期纳米级复合材料在超级电容器中的应用具有较好前景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种形貌可控的碳材料/导电聚合物的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）制备导电聚合物聚苯胺(PANI)：将苯胺单体与盐酸水溶液混合，再加入过硫酸铵进行反应，待反应结束后离心，取固相洗涤、烘干，取得聚苯胺；

2）制备聚β环糊精/聚苯胺：超声条件下，将聚β环糊精分散于去离子水中，然后加入浓盐酸和苯胺单体，待反应结束后再加入过硫酸铵继续反应，反应结束后离心，取固相洗涤、烘干，取得聚β环糊精/聚苯胺；

3）制备碳材料/导电聚合物：将碳纳米管和聚β环糊精混合研磨后，超声条件下分散于去离子水中，然后再加入浓盐酸和苯胺单体、过硫酸铵，进行搅拌反应，反应结束后离心，取固相洗涤、烘干，取得碳材料/导电聚合物。

本发明的优点是：采用的仪器设备简单，制备成本低，操作过程简便，反应过程所需材料低毒、无害，且可以有效的控制复合材料的形貌，获得高纯度的二元超级电容器纳米材料。制成的二元超级电容器纳米材料，直径50～200nm，长度100～300nm，形貌均一，具有极大的比表面积。

另外，本发明所述步骤1）中反应在反应体系的温度为30～50℃条件下进行，所制备的聚苯胺形貌均一，在进一步制备碳纳米管/聚苯胺的过程中很好的控制了形貌。

所述步骤2）中，所述超声的频率为50～55KHz。反应在反应体系的温度为30～50℃条件下进行。可保障反应物能均匀的分散在溶剂中，充分接触，反应完全。

所述步骤2）中，所述碳纳米管、β环糊精单体和苯胺单体的投料比为0.05～0.1g∶0.5～1.0g∶10～200uL。该比例下所合成的复合物碳纳米管/聚苯胺，碳纳米管进入聚β环糊精的空腔，利用聚β环糊精的内疏水外亲水的性质，将苯胺单体上的氨基负载在其表面，从而制备出碳纳米管/聚苯胺二元复合物。

步骤3）中，反应在反应体系的温度为20～60℃条件下进行，所述苯胺单体和聚β环糊精的投料摩尔比为0.3～2∶1。该设计能够保证苯胺在聚β环糊精外层均匀分散，有利于合成分散度较高的聚苯胺。

另外，上述步骤1），2）和3）中，干燥的温度条件分别为50～80℃，此温度条件下，水分得到较好的去除，且对产物无不良影响。

附图说明

图1、图2分别为不同放大倍数下碳纳米管的透射电镜图。

图3为制备的纯聚苯胺的透射电镜图。

图4为制备的聚β环糊精/聚苯胺的透射电镜图。

图5、图6分别为不同比例下聚苯胺/碳纳米管的透射电镜图。

具体实施方式

一、为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行详细地说明。

实施例1

1、制备聚苯胺：

在水浴条件下，机械搅拌，向一定的水溶液中加入4～6mL浓盐酸，待搅拌均匀后，加入30uL苯胺单体，待3～6小时之后，加入0.3～0.5g的过硫酸铵，继续反应10～16h，所得产物离心洗涤，烘干之后即得产物聚苯胺。

2、制备聚β环糊精/聚苯胺(βCDP/PANI)：