一種球形結構聚苯胺復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種球形結構聚苯胺復合材料的制備方法，屬于聚苯胺復合材料制備領域。
【背景技術】
[0002]聚苯胺具有共軛結構的分子鏈，其離域P電子和摻雜形成的極化子充當導體的載流子。這種載流子在共軛的分子鏈上通電可移動，形成電流，因此聚苯胺具有導電性。聚苯胺及其復合材料由于良好的電活性、較高的儲能密度和放電特性以及低廉的價格，在超電容器領域引起了廣泛關注。
[0003]超級電容器作為一種儲能原件，以其優異的功率特性和循環性能而廣泛應用于電動汽車、通訊、玩具及智能儀器等領域。而電極材料作為決定超級電容器性能的決定因素，成為目前研究的重點。聚合物作為超級電容器的電極材料主要是通過在電極表面形成可逆的氧化還原反應來完成儲能過程。但是，由于本征的聚苯胺由于結構較致密，表面積不夠大而不能為氧化還原反應提供更多點位，導致導電率偏低，循環穩定性差，限制了其應用。
[0004]選用形狀規則的花粉與苯胺單體聚合后形成獨特的球形且表面含微孔的結構。獨特的球形結構及較高的比表面積能有效減少質量與電荷傳輸的長度，有利于提高復合材料的導電性和環境穩定性；同時，表面的微孔結構有利于聚苯胺電極材料的充放電過程中電解液粒子通過微孔結構擴散到聚苯胺表面和在聚苯胺電極內部的擴散。與常用的苯胺單體與石墨烯納米片、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯的聚合形成球形結構的復合材料相比，采用花粉為原料的聚苯胺復合材料的制備具有環境友好、成本低廉、合成更簡單、穩定性好等特點，且以花粉為原料的聚苯胺復合材料的制備還未見報道。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種全新的球形結構的聚苯胺復合材料的制備方法，與通常采用石墨烯納米片、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等與苯胺單體聚合形成球形結構的復合材料相比，具有環境友好、成本低廉、合成更簡單、穩定性好等特點。
[0006]本發明的目的在于提供一種球形結構聚苯胺復合材料的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)按23?70g/L的比例將花粉添加到去離子水和乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，并超聲分散混合得到懸浮液A;
(2)按23?70g/ L的比例在懸浮液A中加入苯胺，并再次超聲分散得到懸浮液B;
(3)將懸浮液B轉移至反應釜中，水浴加熱，并控制溫度為5?25°C，將氧化劑溶于去離子水與酒精的混合溶劑中并添加到懸浮液B中，再在混合溶液中添加一定量的酸;控制反應時間為6?26h反應得到溶液C;懸浮液B中氧化劑的添加量為65?123g/L，酸的添加量為0.95?
1.5mol/L；
(4)將溶液C過濾、洗滌后干燥得到球形結構的聚苯胺復合材料。
[0007]優選的，本發明所述去離子水與酒精的質量比均為85:15?75:25 優選的，本發明步驟(I)所述超聲分散的時間為20?40min。
[0008]優選的，本發明步驟(2)所述超聲分散的時間為30?60min。
[0009]優選的，本發明步驟(3)中所述氧化劑為過氧化氫或過硫酸銨中的一種或兩種按摩爾比1:1-1:2的比例混合。
[0010]優選的，本發明步驟(3)中所述酸性溶液為硫酸、鹽酸、高氯酸中的任意一種。
[0011]本發明的有益效果:采用一種全新的原材料花粉與苯胺單體原位聚合形成球形且表面含微孔結構的花粉/聚苯胺復合材料。獨特的球形結構及較高的比表面積能有效減少質量與電荷傳輸的長度，有利于提高復合材料的導電性和環境穩定性；同時，表面的微孔結構有利于聚苯胺電極材料的充放電過程中電解液粒子通過微孔結構擴散到聚苯胺表面和在聚苯胺電極內部的擴散。與常見的苯胺單體與石墨烯納米片、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯的聚合形成球形結構的復合材料相比，采用該原料合成聚苯胺復合材材料的過程具有環境友好、成本低廉、工藝簡單易控等優點，結果重復性好、材料穩定性好。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例1制備得到的聚苯胺復合材料的SEM形貌。
[0013]圖2為實施例1相同方法制備得到的本征態聚苯胺材料的SEM形貌。
[0014]圖3為實施例1相同方法制備得到本征態聚苯胺材料的IR圖譜。
[0015]圖4實施例1制備得到的聚苯胺復合材料的IR圖譜。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。
[0017]實施例1
本實施例所述的原位聚合法制備球形結構聚苯胺復合材料的方法，具體包括如下步驟:
(I)按31 g/L的添加量將花粉添加到去離子水和乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，并超聲分散混合得到懸浮液A;懸浮液A中去離子水與酒精的質量比為80:20，超聲處理時間20min。
[0018](2)按31g/L的添加量在懸浮液A中加入苯胺，并再次超聲分散得到懸浮液B;懸浮液B的超聲處理時間為40min。
[0019](3)將懸浮液B轉移至反應釜中，水浴加熱，并控制溫度為5°C，將氧化劑過硫酸銨溶于去離子水與酒精的混合溶劑中并添加到懸浮液B中，再在混合溶液中添加一定量的鹽酸;控制反應時間為24h反應得到溶液C;懸浮液B中過硫酸銨的添加量為114g/L，鹽酸的添加量為1.0 mol/L，去離子水浴酒精的質量比為80:20。
[0020](4)將溶液C過濾、洗滌后干燥得到球形結構的聚苯胺復合材料。
[0021]本實施所述聚苯胺復合材料的SEM形貌如圖1所示。從圖中可以看出，復合材料呈現規則完整的球形結構、表面含孔、粒度均勻，粒徑均在1?30μπι間。按本實施例方法制備的本征態聚苯胺(Pani)材料的IR圖譜如圖2;按本實施例方法花粉/聚苯胺(Pani)復合材料的IR圖譜如圖3。將圖2與圖3相對比可看出，兩者在頻率范圍為4000?2500cm—1的第一特征峰區、2500?1900 cm—1的第二特征峰區、1900?1500cm—1的第三特征峰區及1500?60cm—1的第四特征峰區都存在振動吸收;但是兩者的譜帶數目和各峰的吸收輕度發生了明顯改變，這是由于復合物會出現譜帶的重疊、加寬及對稱性的破壞，因此圖2中本征態聚苯胺材料的譜帶形狀明顯比圖3中復合材料的尖銳且對稱性也更好，很好的證明了花粉與苯胺單體的聚合。
[0022]實施例2
本實施例所述的原位聚合制備球形結構聚苯胺復合材料的方法，具體包括如下步驟:
(I)按23g/L的添加量將花粉添加到去離子水及乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，并超聲混合得到懸浮液A;在懸浮液A中去離子水與乙醇酒精的質量比為75: 25，超聲處理時間為40mino
[0023](2)按23g/L的添加量在懸浮液A中加入苯胺并再次超聲分散60min得到懸浮液B。
[0024](3)將懸浮液B轉移至反應釜中，水浴加熱，并控制溫度為15°C，將過氧化氫與過硫酸銨按摩爾比1:1的比例溶于去離子水與乙醇的混合溶劑中并添加到懸浮液B中，再在混合溶液中添加一定量的硫酸;控制反應時間為6h反應得到溶液C;懸浮液B中摩爾比為1:1的過硫酸銨與過氧化氫的添加量分別為57g/L與8.5g/L，硫酸的添加量為0.95 mol/L，去離子水與乙醇的質量比為75:25。
[0025](4)將溶液C過濾、洗滌后干燥得到花粉/聚苯胺復合材料。
[0026]實施例3
本實施例所述的原位聚合制備球形結構聚苯胺復合材料的方法，具體包括如下步驟:
((I)按70 g/L的比例將花粉添加到去離子水和乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，并超聲分散混合得到懸浮液A;懸浮液A中去離子水與酒精的質量比為85:15，超聲處理時間為30min。
[0027](2)按70g/L的比例在懸浮液A中加入苯胺并再次超聲分散50min得到懸浮液B。
[0028](3)將懸浮液B轉移至反應爸中，水浴加熱，并控制溫度為25°C，將氧化劑過氧化氫與過硫酸銨按摩爾比1:2的比例溶于去離子水與乙醇的混合溶劑中并添加到懸浮液B中，再在混合溶液中添加一定量的高氯酸。控制反應時間為26h反應得到溶液C;懸浮液B中摩爾比為1: 2的過氧化氫與過硫酸銨的添加量分別為8.5g/L與114g/L，高氯酸的添加量為1.5mol/L;去離子水與乙醇的質量比為85:15。
[0029](4)將溶液C過濾、洗滌后干燥得到花粉/聚苯胺復合材料。
【主權項】
1.一種球形結構聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)按23?70g/L的比例將花粉添加到去離子水和乙醇的混合溶劑中攪拌均勻，并超聲分散混合得到懸浮液A; (2)按23?70g/ L的比例在懸浮液A中加入苯胺，并再次超聲分散得到懸浮液B; (3)將懸浮液B轉移至反應釜中，水浴加熱，并控制溫度為5?25°C，將氧化劑溶于去離子水與酒精的混合溶劑中并添加到懸浮液B中，再在混合溶液中添加一定量的酸;控制反應時間為6?26h反應得到溶液C;懸浮液B中氧化劑的添加量為65?123g/L，酸的添加量為0.95?1.5mol/L； (4)將溶液C過濾、洗滌后干燥得到球形結構的聚苯胺復合材料。2.根據權利要求1所述的球形結構聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:去離子水與酒精的質量比為85:15?75:25。3.根據權利要求1所述的球形結構聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述超聲分散的時間為20?40min。4.根據權利要求1所述的球形結構聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述超聲分散的時間為30?60min。5.根據權利要求1所述的球形結構聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:所述氧化劑為過氧化氫或過硫酸銨中的一種或兩種按摩爾比1:1?1:2的比例混合。6.根據權利要求1所述的球形結構聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:所述酸性溶液為硫酸、鹽酸、高氯酸中的任意一種。
【專利摘要】本發明公開了一種球形結構聚苯胺復合材料的制備方法，屬于聚苯胺復合材料的制備工藝領域。本發明選用花粉、苯胺單體和氧化劑及酸性溶液為試劑，在酸性條件下低溫原位聚合制備具有球形結構的聚苯胺復合材料。本發明所述原料花粉易得，成本低廉，反應過程簡單可控，實驗重復性高，制備的復合材料具有球形結構，粒度均勻，粒子表面含孔，分散性好。
【IPC分類】C08J3/12, C08G73/02
【公開號】CN105601916
【申請號】CN201610041104
【發明人】張正富, 張競, 孫冬, 郭文凱
【申請人】昆明理工大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月22日