[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

摘要

一种具有界面共价键链接的氮磷共掺杂多孔炭膜@聚苯胺杂化材料及其制备方法，通过将苯胺基甲基三乙氧基硅烷功能化多孔炭膜和苯胺分散到含有十六烷基三甲基溴化铵和樟脑磺酸的水溶液中，并加入过硫酸铵引发剂，使樟脑磺酸掺杂的PANI原位接枝在多孔炭纤维膜的表面，形成具有共价键链接的牢固均匀包覆层。由于有界面共价键的存在，将具有骨架稳定性的多孔炭纤维与具有较高赝电容的导电PANI材料有效而牢固地结合，两种材料之间的相互作用增强，会形成更大的π电子离域体系，使两相间的电子传递也由链间跳跃模式转变为链内的直接传导，进而大幅度提高电极材料的比电容及循环稳定性，适合于超级电容器用电极材料。

主权项

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。