[发明专利]一种镍/二氧化铈NP@PANI核-壳结构复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ni/CeO₂NP@PANI核‑壳结构复合材料及其制备方法，首先通过水热法制备Ni/CeO₂NPs；然后采用化学氧化聚合法在Ni/CeO₂NPs表面聚合苯胺，在苯胺聚合过程中，通过改变HCl的浓度，从而实现了Ni/CeO₂NP@PANI核‑壳结构到有间距的Ni/CeO₂NP@PANI核‑壳结构再到PANI空心球的转变。此过程中，不需要模板，绿色环保，制备方法简单，制备过程安全，能耗低，可操作性强。且本发明中制备的Ni/CeO₂NPs表面粗糙，既可以增加比表面积，使Ni/CeO₂NPs与PANI接触面积增大，又可以促进离子和电子的扩散，有效提高电化学性能。

技术领域

本发明属于无机/聚合物复合材料合成技术领域，具体涉及一种Ni/CeO₂NP@PANI核-壳结构复合材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型绿色储能元件，具有循环寿命长、功率密度高、充放电耗费时间短等优点，已成为是一种极具应用前景的储能器件。由于导电聚合物、金属氧化物具有较高的理论电容因而被认为是超级电容器电荷存储释放的主要支柱材料。在导电聚合物中，聚苯胺(PANI)因合成条件简单、成本低廉、无毒、性能稳定等优点，目前已成为研究进展最快的导电高分子材料之一。但是，纯PANI样品循环稳定性差、刚性大、机械延展性差且其氧化还原反应只有在酸性环境下才能有效地进行，这就限制了它在超级电容器领域的使用；金属氧化物具有理论比电容高、电化学可逆性好、使用寿命长和环境友好等优点。但是纯金属氧化物的导电性差，在大电流下电化学利用率低、倍率性能较差。

为了规避不同材料的缺点制备具有较高比电容和较好循环稳定的超级电容器，必须开发一种具有协同效应的导电复合材料。近年来人们致力于导电聚苯胺与金属纳米材料复合的研究，因为金属/聚合物纳米材料集金属、聚合物和纳米材料的特点于一身，在综合金属材料、导电高分子聚合物材料和纳米材料的优良特性的同时，克服传统单一材料存在的缺点与不足，得到具有高性能及多功能的先进材料。这种复合材料不仅具有优良的电化学性能，而且可以使导电聚苯胺在中性环境下可有效地进行氧化还原反应，这就有效地拓展了PANI在超级电容器领域的使用。金属氧化物与PANI的复合能产生协同作用，使PANI的结构稳定，并增加其比电容、倍率性能和循环寿命等性质。在众多金属氧化物中，CeO₂作为一种新型的无机材料，具有晶型单一和独特的4f结构、电化学和光学性能良好等优点，被广泛应用于CO催化氧化、有机合成催化、光催化等领域。但CeO₂/PANI复合材料的制备通常需要硬模板的支撑来控制其形貌，或者是为了提高其性能需加入贵重金属，如Au、Ag、Pt。

例如，申请公布号CN 106548877 A(申请号201510609591.7)的中国专利公开了一种碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料电极及其制备方法和应用，它是先采用物理或化学气相沉积法在导电基底上制备碳纳米管阵列，再将二氧化铈均匀分散在苯胺的盐酸溶液中，最后再将制备的碳纳米管阵列浸入苯胺的盐酸溶液，从而得碳纳米管阵列/聚苯胺/二氧化铈复合材料，但是该复合材料的制备方法复杂。申请公布号CN 102175735 A(申请号201010617684.1)的中国专利文献公开了一种AuNPs-CeO₂@PANI纳米复合材料及制备方法和以此材料制作的葡萄糖生物传感器。首先以CeO₂纳米颗粒、苯胺单体和金纳米粒子(AuNPs)复合成AuNPs-CeO₂@PANI纳米复合材料，再以AuNPs-CeO₂@PANI纳米复合材料固定葡萄糖氧化酶制得葡萄糖生物传感器。该纳米复合材料在制备时并没有形成可控形貌。

发明内容