[发明专利]一种具有界面共价键链接的氮磷共掺杂多孔炭膜@聚苯胺杂化电极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有界面共价键链接的氮磷共掺杂多孔炭膜@聚苯胺杂化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将十六烷基三甲基溴化铵和樟脑磺酸加入到水中混合，然后加入到正己烷和正己醇的混合液中，得到混合物；将苯胺基甲基三乙氧基硅烷功能化多孔炭膜和苯胺分散至上述的混合物中，在室温下搅拌均匀，形成A溶液；其中，十六烷基三甲基溴化铵、樟脑磺酸、水、正己烷和正己醇的混合液、苯胺基甲基三乙氧基硅烷功能化多孔炭膜、苯胺的比为(1.8～2.2)g：(3～3.5)g：(4～6)mL：(25～35)mL：(0.25～0.5)g：(1～2)mL；

(2)将十六烷基三甲基溴化铵和过硫酸铵加入到水中，然后添加至正己烷和正己醇的混合液中，形成B溶液；其中，十六烷基三甲基溴化铵、过硫酸铵、水、正己烷和正己醇的混合液的比为(1.8～2.2)g:(1.3～1.7)g:(4～6)mL:(25～35)mL；

(3)将B溶液滴加到A溶液中，搅拌均匀后，在0～5℃，静态条件下聚合后过滤沉淀物，得到氮磷共掺杂多孔炭膜@聚苯胺杂化材料；其中，樟脑磺酸与过硫酸铵的比为(3～3.5)g：(1.3～1.7)g；

其中，步骤(1)中黑色ND42功能化多孔炭膜通过以下过程制得：

(1)将聚丙烯腈、三苯基膦和分子筛SBA-15在加热下，溶于N,N-二甲基甲酰胺中，混合均匀，得到复合纺丝液；通过静电纺丝获得纳米纤维膜，再通过预氧化、炭化、CO₂活化及刻蚀，获得氮磷共掺杂多孔炭膜；其中，聚丙烯腈、三苯基膦、SBA-15的比为(2～4)g:(1～2)g:(1～2)g，复合纺丝液中聚丙烯腈质量含量为7～12％；

(2)将硝酸水溶液和氮磷共掺杂活性炭膜混合后加入到容器中，搅拌回流5小时后趁热过滤，并用蒸馏水洗涤至中性，干燥，冷却后得到黑色硝酸活化多孔炭膜，取出待用，并记作HNO₃-NPCM；其中，硝酸水溶液中硝酸与氮磷共掺杂活性炭膜的质量比为(15～20)g：(0.5～1)g；

(3)将上述所得HNO₃-NPCM分散在甲苯与苯胺基甲基三乙氧基硅烷的混合液中，超声分散，然后回流反应24h；之后冷却、抽滤，采用甲苯、丙酮、蒸馏水依次洗涤，直至滤液无色，干燥，冷却得到黑色ND42功能化多孔炭膜；其中，HNO₃-NPCM：甲苯：苯胺基甲基三乙氧基硅烷的比为(0.3～0.8)g：(80～120)mL：(3～8)mL。

2.根据权利要求1所述的一种具有界面共价键链接的氮磷共掺杂多孔炭膜@聚苯胺杂化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中搅拌的速度为200～400r/min，时间为4h。

3.根据权利要求1所述的一种具有界面共价键链接的氮磷共掺杂多孔炭膜@聚苯胺杂化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中正己烷和正己醇的体积比为5:1。

4.根据权利要求1所述的一种具有界面共价键链接的氮磷共掺杂多孔炭膜@聚苯胺杂化材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中以1～2滴/秒的速度进行滴加，聚合时间为23-25h。

5.根据权利要求1所述的一种具有界面共价键链接的氮磷共掺杂多孔炭膜@聚苯胺杂化材料的制备方法，其特征在于，静电纺丝的条件为：转鼓轴心距纺丝针头距离为15cm，转鼓为φ8.5×16cm，采用的针头尺寸为φ0.06mm，电压为25kv，转速为750r/min。

6.根据权利要求1所述的一种具有界面共价键链接的氮磷共掺杂多孔炭膜@聚苯胺杂化材料的制备方法，其特征在于，预氧化的具体过程为：在空气气氛下，以1℃/min自室温升至280℃恒温2h；炭化的具体过程为：在氩气气氛条件下，以5℃/min从280℃升至850℃，恒温0.5h。