[发明专利]一种聚苯胺纳米纤维电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚苯胺纳米纤维电极材料及其制备方法，属于超级电容器用电极材料的制备领域。该制备方法包括以下过程：（1）将日落黄加入到盐酸水溶液中，超声，制备日落黄的盐酸溶液；（2）将苯胺加入到步骤（1）制备的日落黄的盐酸溶液中，滴加过硫酸铵的盐酸水溶液进行化学氧化聚合，经过滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺纳米纤维电极材料。本发明制备的电极材料不仅呈现明显的纳米纤维形貌，而且具有较高的比电容和较优异的循环稳定性，同时原材料价格低廉，制备工艺简单，具有显著的经济价值与社会效益。

技术领域

本发明属于超级电容器用电极材料的制备领域，具体涉及一种聚苯胺纳米纤维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。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电化学性能。辛凌云（辛凌云，张校刚；高分子学报，2005，1(3)：437-441）利用界面扩散聚合法制得了樟脑磺酸掺杂聚苯胺纳米管或纳米纤维。充放电测试结果表明，聚苯胺纳米管在5 mA放电时电容值可达249 F/g，比聚苯胺粉末的比电容提高了41.5 %。日落黄是一种常用的人工食用色素，性质稳定，价格低廉，广泛用于食品和药物的着色。在苯胺的化学氧化聚合反应体系中，带有酸性磺酸基团的日落黄分子能够起到掺杂剂和表面活性剂的作用，对聚苯胺的形貌和电化学性能具有显著的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚苯胺纳米纤维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日落黄作为表面活性剂，日落黄分子上的磺酸根离子还可以作为掺杂剂，提高聚苯胺的掺杂程度。该电极材料不仅呈现明显的纳米纤维形貌，而且具有较高的比电容和较优异的循环稳定性，同时原材料价格低廉，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：

将制备的日落黄盐酸溶液加入到苯胺的聚合反应体系中，经过化学氧化法制备聚苯胺纳米纤维电极材料。

制备方法包括以下步骤：

（1）将日落黄加入到盐酸水溶液中，超声，制备日落黄的盐酸溶液；

（2）将苯胺加入到步骤（1）制备的日落黄的盐酸溶液中，滴加过硫酸铵的盐酸水溶液进行化学氧化聚合，经过滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺纳米纤维电极材料。

更具体的步骤如下：

（1）称取0.1~0.5 g 日落黄加入到100 mL 1 mol/L盐酸水溶液中，室温超声30~60min，制备日落黄的盐酸溶液；

（2）称取1~2 g苯胺，加入到步骤（1）制备的日落黄的盐酸溶液中，机械搅拌10~30min，向反应体系中缓慢滴加20~40 mL 1 mol/L过硫酸铵的盐酸水溶液，滴加结束后，在0~5°C下继续反应4~12 h，减压过滤，墨绿色产物依次用无水乙醇和去离子水交叉洗涤至滤液澄清，在60 °C下真空干燥24 h，得到聚苯胺纳米纤维电极材料。

本发明所制备的电极材料呈现明显的纳米纤维形貌，并且电化学性能显著提高。

本发明的显著优点在于：