[发明专利]一种金属卟啉框架/聚吡咯复合柔性电极的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属卟啉框架/聚吡咯复合柔性电极的制备方法和应用，该柔性电极是以5,10,15,20‑四羧基苯基铜卟啉(Cu‑TCPP)超薄纳米片与聚吡咯(PPy)通过电泳沉积‑电化学聚合方式制备的。本发明所述的金属卟啉框架/聚吡咯复合柔性电极的制备方法简单，常温常压条件下即可完成；具有良好的机械性能，经多角度卷曲后仍可以恢复原状；通过控制金属卟啉框架的沉积量和电化学聚合的电压值可以调控PPy的形貌；储能性质优于聚吡咯柔性电极的性质且Cu‑TCPP/PPy具有电化学储能性质。

技术领域

本发明涉及电容技术领域，具体是涉及一种5,10,15,20-四羧基苯基铜卟啉(Cu-TCPP)金属卟啉框架超薄纳米片与聚吡咯复合柔性电极的制备方法与在电化学储能领域的应用。

背景技术

近年来，科学技术不断进步、工业化和信息化快速发展、传统的电子设备已经不能满足人们的需求。新型电子设备逐渐向微型化、智能化、柔性、超长待机方向发展，这就对透明柔性电子学器件提出了更高的要求，要求为电子产品提供能量的储存器件具有轻、薄、柔等特点。超级电容器由于具有高容量、高功率密度、高充放电速度等优点一直是移动电子设备中应用最为广泛的储能器件。

传统的超级电容器主要包括正负极、隔膜和电解质，其结构形状较为简单，近年来，随着便携式和可穿戴设备的发展，柔性全固态超级电容器，因具有可快速充放电、高比电容、高的功率密度、超长的循环寿命、安全环保和优良的力学性能(可在任意变形时仍保持良好的电化学性能)以及宽的使用温度范围等优点受到科学界和产业界的广泛关注。不同于传统电容器的是，柔性超级电容器中，基地、电极和电解质均是柔性的，能够赋予电容器各种各样的形状，可以提供更加丰富的形态和功能，能够满足电子设备的发展需求。

柔性电极作为柔性超级电容器的核心部件直接决定了电容器的性能，在弯曲状态下，电容器的正负电极处于压应力和拉应力状态，而反复弯折容易造成电极结构破坏，引起储能器件的性能下降。

因此，有必要设计出具有优异导电性和大的比表面积的新材料来运用到柔性电极中以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，发展一种低成本，低能耗，工艺简单的电泳沉积-电化学聚合技术来制备金属卟啉框架/聚吡咯复合柔性电极。通过改变铜卟啉的沉积量和电化学聚合电压值，实现聚吡咯形貌的调控，且该复合柔性电极在电化学储能中有较大的应用价值。

本发明的技术方案为：一种金属卟啉框架/聚吡咯复合柔性电极的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

步骤一：Cu-TCPP超薄纳米片的制备

1)将三水合硝酸铜、4,4’-联吡啶、聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇的混合物中；

2)将5,10,15,20-四羧基苯基铜卟啉吩(H₆TCPP)溶于DMF和乙醇的混合物中，H₆TCPP的生产厂家为萨斯化学技术(上海)有限公司，结构式为：

3)将步骤2中制备的混合物滴入步骤1制备的混合物中，超声25min，75-95℃反应3h，反应结束后，于12000rpm条件下离心10min；

4)倒出上清液，用乙醇洗涤2次，洗涤条件为在12000rpm条件下离心10min。

步骤二：Cu-TCPP薄膜的制备

将Cu-TCPP超薄纳米片分散在含有3mg碘的10mL丙酮中，在30V电势偏压下电泳沉积，在ITO玻璃表面形成Cu-TCPP薄膜；

步骤三：Cu-TCPP/PPy复合柔性电极的制备