[发明专利]一种多孔交联聚苯胺电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔交联聚苯胺电极材料及其制备方法。该制备方法包括以下过程：（1）将SDS加入到硫酸水溶液中，超声，制备SDS的硫酸溶液；（2）将苯胺、对苯二胺和三苯胺加入到SDS的硫酸溶液中，滴加过硫酸铵的硫酸水溶液进行化学氧化聚合，经过滤、洗涤、干燥，得到多孔交联聚苯胺；（3）将多孔交联聚苯胺加入到氨水中，超声，搅拌，经过滤、洗涤、干燥，得到去掺杂多孔交联聚苯胺；（4）将去掺杂多孔交联聚苯胺加入到硫酸溶液中，超声，搅拌，经过滤、洗涤、干燥，得到多孔交联聚苯胺电极材料。本发明制备的电极材料不仅呈现明显的多孔结构，而且具有较大的比表面积、较高的比电容和较优异的循环稳定性。

技术领域

本发明属于超级电容器用电极材料的制备领域，具体涉及一种多孔交联聚苯胺电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的储能器件，近些年来受到社会广泛的关注。超级电容器主要由电极、电解质、集流体、引线和封装材料组成，超级电容器的性能与这几部分密切相关，而电极材料是其中最主要的因素，电极材料性能的好坏将直接影响到超级电容器性能的优劣。同时，聚苯胺由于具有原材料来源广泛、价格低廉、合成工艺简便、电化学稳定性优良、比电容较高等特点，被认为是一种极具发展潜力的超级电容器电极材料。然而，聚苯胺的比电容较低，特别是在长时间循环充放电下，比电容会迅速衰减，循环稳定性差。大量的研究结果表明，增加聚苯胺的比表面积有利于提高其比电容和循环稳定性。因此，研究人员不断开发比表面积大、循环稳定性高的聚苯胺电极材料。冯晓娟（冯晓娟，石彦龙，邵前飞；化学通报，2016，79(9)：828-833）采用原位化学氧化聚合制备锰离子掺杂聚苯胺/还原氧化石墨烯复合物电极材料，结果表明，纳米棒状的锰离子掺杂聚苯胺均匀分散在褶皱的石墨烯中，褶皱的石墨烯片层提供较大的比表面积。当电流密度为2A/g时，该复合物电极材料的比容量高达952 F/g，循环1000次后初始比电容的保持率为86.2 %。十二烷基硫酸钠（SDS）是比较常见的表面活性剂，价格低廉，用SDS作为致孔模板，交联聚苯胺作为骨架，既可以提高聚苯胺的比表面积，又可以提高聚苯胺的比电容和循环稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔交联聚苯胺电极材料及其制备方法。为了进一步提高聚苯胺的电化学性能，在化学氧化聚合反应体系中添加对苯二胺和三苯胺作为交联剂，更重要的是添加SDS作为模板和致孔剂，经过二次掺杂，制备具有明显的多孔结构、较大的比表面积、较高的比电容和较优异的循环稳定性的聚苯胺电极材料。该电极材料的原材料价格低廉，制备工艺简单，具有显著的经济价值与社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

将苯胺、对苯二胺和三苯胺加入到SDS的硫酸溶液中，经过化学氧化聚合和二次掺杂制备多孔交联聚苯胺电极材料。

制备方法包括以下步骤：

（1）将十二烷基硫酸钠（SDS）加入到硫酸水溶液中，超声，制备SDS的硫酸溶液；

（2）将苯胺、对苯二胺和三苯胺加入到SDS的硫酸溶液中，滴加过硫酸铵的硫酸水溶液进行化学氧化聚合，经过滤、洗涤、干燥，得到多孔交联聚苯胺；

（3）将多孔交联聚苯胺加入到氨水中，超声，搅拌，经过滤、洗涤、干燥，得到去掺杂多孔交联聚苯胺；

（4）将去掺杂多孔交联聚苯胺加入到硫酸溶液中，超声，搅拌，经过滤、洗涤、干燥，得到二次掺杂多孔交联聚苯胺，即为所述的多孔交联聚苯胺电极材料。

更具体的步骤如下：

（1）称取4~10 g SDS加入到100 mL 0.1 mol/L硫酸水溶液中，室温超声30~60min，制备SDS的硫酸溶液；