一種以蔗糖為模板制備導(dǎo)電聚苯胺納米管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)電聚苯胺納米管制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以蔗糖為模板制備導(dǎo)電聚苯胺納米管的方法，該方法以蔗糖為模板，苯胺通過(guò)自組裝以及原位聚合制備出具有納米管狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚苯胺。
【背景技術(shù)】
[0002]聚苯胺作為一種常見(jiàn)的導(dǎo)電聚合物，由于其制備簡(jiǎn)單，成本低廉，以及具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性和獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，常常被用于超級(jí)電容器、電池、傳感器以及防腐領(lǐng)域，得到了世界各國(guó)科研工作者的大力關(guān)注。特別是具有納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚苯胺，由于其粒徑極小、比表面積大、極快的電子轉(zhuǎn)移速率等性質(zhì)，賦予了納米導(dǎo)電聚苯胺材料具有傳統(tǒng)塊體所不具備的許多獨(dú)特性能。
[0003]聚苯胺納米管能夠?yàn)殡娊赓|(zhì)離子的擴(kuò)散和移動(dòng)提供便捷的通道，縮短離子運(yùn)輸?shù)木嚯x，從而提高離子與電極發(fā)生氧化還原反應(yīng)的效率，受到了科研工作者的關(guān)注和研究。譬如以軟模板法制備導(dǎo)電聚苯胺納米管(Z.J.Gu, et al, Synthesis of polyanilinenanotubes with controlled rectangular or square pore shape.Mater.Lett.2014，121，12-14; ff.Chen, et al, Facile synthesis of polyaniline nanotubesusing reactive oxide templates for high energy density pseudocapacitors.J.Mater.Chem.C 2013 1，3315-3324; Μ.M.Skj et al, Synthesis of polyanilinenanotubes using the self-assembly behav1r of vitamin C: a mechanisticstudy and applicat1n in electrochemical supercapacitors.J.Mater.Chem.A 2014，2，2830-2838.)以及無(wú)模板法制備導(dǎo)電聚苯胺納米管(Z.Z.Huang, et al,Preparat1n of polyaniline nanotubes by a template-free self-assembly method.Mater.Lett.2011,65, 2015-2018.)，上述各種軟模板法制備的聚苯胺納米管具有規(guī)整的管狀結(jié)構(gòu)且具有較好的電化學(xué)性能，但在工業(yè)化生產(chǎn)中存在一定的難度。無(wú)模板法制備聚苯胺具有環(huán)保、簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是所得聚苯胺納米管的管徑大小無(wú)法可控且不規(guī)整，在一定程度上影響了聚苯胺的電化學(xué)性能。
[0004]蔗糖具有良好的水溶性，且來(lái)源豐富、價(jià)格低廉，尤其是其分子鏈上存在大量的羥基和羰基，可與苯胺分子形成大量的氫鍵，適合作為制備納米管狀材料的模板。以蔗糖作模板制備聚苯胺納米管是一種簡(jiǎn)單且環(huán)保的制備方法，所得聚苯胺納米管的結(jié)構(gòu)規(guī)整且具有良好的電化學(xué)性能，是一種理想的超級(jí)電容器電極材料，尤其是適合工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種以蔗糖為模板、通過(guò)自組裝技術(shù)以及原位聚合的方法制備出具有規(guī)整結(jié)構(gòu)和高比電容量導(dǎo)電聚苯胺納米管的方法。
[0006]具體步驟為:
(I)按照以下物質(zhì)的量稱取原料，鹿糖:苯胺:過(guò)硫酸錢=1/15~1:1:1，其中苯胺為ImL已提純的苯胺。
[0007](2)將步驟(I)稱取的蔗糖加入到盛有30 mL去離子水的燒瓶中，室溫下攪拌0.5h后，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，此時(shí)，向燒瓶中加入步驟(I)稱取的苯胺和10 mL濃度為Imol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh。
[0008](3)將步驟(I)稱取的過(guò)硫酸銨溶于去離子水，制得過(guò)硫酸銨水溶液，然后逐滴滴加到步驟(2)制得的溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，待反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50 °C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0009]本發(fā)明方法制備過(guò)程簡(jiǎn)單、環(huán)保、可靠，原料來(lái)源廣泛、成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明方法利用蔗糖分子上大量的羥基和羰基與苯胺分子形成氫鍵來(lái)制備具有納米管狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚苯胺，納米管狀結(jié)構(gòu)可為電解質(zhì)離子的擴(kuò)散和移動(dòng)提供良好的通道，使離子能夠與電極材料充分的發(fā)生氧化還原反應(yīng)，增大了材料的比電容、降低了內(nèi)阻，從而獲得具有良好電化學(xué)性能的納米管狀結(jié)構(gòu)聚苯胺，本發(fā)明方法制備的聚苯胺納米管比未使用模板制備的聚苯胺具有高的比電容量和好的耐大電流性能，是一種理想的超級(jí)電容器電極材料。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例6制得的導(dǎo)電聚苯胺納米管在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線圖。
[0011]圖2為本發(fā)明實(shí)施例6制得的導(dǎo)電聚苯胺納米管在不同電流密度下的恒流充放電曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1:
(I)稱取0.250 g的蔗糖(蔗糖與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:15)，加入到盛有30 mL去離子水的燒瓶中，室溫?cái)嚢?.5 h后，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，此時(shí)，向燒瓶中加入I mL已提純的苯胺和10 mL濃度為I mol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh。
[0013](2)將一定量的過(guò)硫酸銨溶于去離子水，制得過(guò)硫酸銨水溶液(過(guò)硫酸銨與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:1)，然后逐滴滴加到步驟(I)制得的溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12h，待反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0014]實(shí)施例2:
(I)稱取0.313 g的蔗糖(蔗糖與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:12)，加入到盛有30 mL去離子水的燒瓶中，室溫?cái)嚢?.5 h后，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，此時(shí)，向燒瓶加入I mL已提純的苯胺和10 mL濃度為I mol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh。
[0015](2)將一定量的過(guò)硫酸銨溶于去離子水，制得過(guò)硫酸銨水溶液(過(guò)硫酸銨與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:1)，然后逐滴滴加到步驟(I)制得的溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12h，待反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0016]實(shí)施例3:
(I)稱取0.417 g的蔗糖(蔗糖與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:9)，加入到盛有30 mL去離子水的燒瓶中，室溫?cái)嚢?.5 h后，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，此時(shí)，向燒瓶加入I mL已提純的苯胺和10 mL濃度為I mol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh。
[0017](2)將一定量的過(guò)硫酸銨溶于去離子水，制得過(guò)硫酸銨水溶液(過(guò)硫酸銨與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:1)，然后逐滴滴加到步驟(I)制得的溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12h，待反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性。最后，濾餅在50°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0018]實(shí)施例4:
(I)稱取0.626 g的蔗糖(蔗糖與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:6)，加入到盛有30 mL去離子水的燒瓶中，室溫?cái)嚢?.5 h后，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，此時(shí)，向燒瓶加入I mL已提純的苯胺和10 mL濃度為I mol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh。
[0019](2)將一定量的過(guò)硫酸銨溶于去離子水，制得過(guò)硫酸銨水溶液(過(guò)硫酸銨與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:1)，然后逐滴滴加到步驟(I)制得的溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12h，待反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0020]實(shí)施例5:
(I)稱取0.939 g的蔗糖(蔗糖與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:4)，加入到盛有30 mL去離子水的燒瓶中，室溫?cái)嚢?.5 h后，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，此時(shí)，向燒瓶加入I mL已提純的苯胺和10 mL濃度為I mol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh。
[0021](2)將一定量的過(guò)硫酸銨溶于去離子水，制得過(guò)硫酸銨水溶液(過(guò)硫酸銨與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:1)，然后逐滴滴加到步驟(I)制得的溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12h，待反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0022]實(shí)施例6:
(I)稱取1.252 g的蔗糖(蔗糖與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:3)，加入到盛有30 mL去離子水的燒瓶中，室溫?cái)嚢?.5 h后，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，此時(shí)，向燒瓶加入I mL已提純的苯胺和10 mL濃度為I mol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh。
[0023](2)將一定量的過(guò)硫酸銨溶于去離子水，制得過(guò)硫酸銨水溶液(過(guò)硫酸銨與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:1)，然后逐滴滴加到步驟(I)制得的溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12h，待反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
[0024]實(shí)施例7:
(I)稱取3.755 g的蔗糖(蔗糖與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:1)，加入到盛有30 mL去離子水的燒瓶中，室溫?cái)嚢?.5 h后，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，此時(shí)，向燒瓶加入I mL已提純的苯胺和10 mL濃度為I mol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh。
[0025](2)將一定量的過(guò)硫酸銨溶于去離子水，制得過(guò)硫酸銨水溶液(過(guò)硫酸銨與苯胺的物質(zhì)的量之比為1:1)，然后逐滴滴加到步驟(I)制得的溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12h，待反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以蔗糖為模板制備導(dǎo)電聚苯胺納米管的方法，其特征在于具體步驟為: (1)按照以下物質(zhì)的量稱取原料，鹿糖:苯胺:過(guò)硫酸錢=1/15~1:1:1，其中苯胺為ImL已提純的苯胺； (2)將步驟(I)稱取的蔗糖加入到盛有30mL去離子水的燒瓶中，室溫下攪拌0.5 h后，將燒瓶轉(zhuǎn)置于冰水浴中，此時(shí)，向燒瓶中加入步驟(I)稱取的苯胺和10 mL濃度為I mol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌Ih ; (3)將步驟(I)稱取的過(guò)硫酸銨溶于去離子水，制得過(guò)硫酸銨水溶液，然后逐滴滴加到步驟(2)制得的溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，待反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50 °C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導(dǎo)電聚苯胺納米管。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種以蔗糖為模板制備導(dǎo)電聚苯胺納米管的方法。將一定量的蔗糖充分溶解在去離子水中，然后在冰水浴下加入已提純的苯胺和10？mL濃度為1？mol/L的鹽酸溶液，充分?jǐn)嚢韬笾鸬渭尤胙趸l(fā)劑——過(guò)硫酸銨，引發(fā)苯胺聚合，在攪拌條件下反應(yīng)12？h，得到具有管狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚苯胺。本發(fā)明方法制備過(guò)程簡(jiǎn)單、環(huán)保、可靠，原料來(lái)源廣泛、成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)，且所制得的聚苯胺納米管比未使用模板制備的聚苯胺具有高的比電容量和好的耐大電流性能，是一種理想的超級(jí)電容器電極材料。
【IPC分類】C08G73/02, B82Y40/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105131282
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510647288
【發(fā)明人】樊新, 劉錚, 文德興, 潘顯棟
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年10月9日