[发明专利]聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列及管内独站立纳米线薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学无机/有机复合材料领域，尤其涉及一种聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列及管内独站立纳米线薄膜。

背景技术

自从Shirakawa发现了聚乙炔具有高电导率后，导电聚合物领域引起了科学家的广泛兴趣。

20 世纪80 年代后期德国拜耳科学家首先研究了新型的噻吩衍生物??——聚乙撑二氧噻吩，即PEDOT。最初目的是为了获得环境稳定性良好的抗静电涂层材料，但随后的研究表明，这种聚合物不仅环境稳定性良好，而且具有高导电性，在国外已经在诸多方面得到商品化的应用。PEDOT像导电聚吡咯、导电聚苯胺一样可以采用化学氧化法原位聚合，制得固体电解电容器阴极的材料，其电导率远高于导电聚吡咯的电导率。在高温、高湿环境下，PEDOT 的稳定性要好于聚吡咯。

PEDOT具有分子结构简单、能隙小、电导率高、氧化还原电位低、禁带宽度小、分子中含有较多的给电子基团等独特的结构特点，而且其薄膜材料也具有良好的透明度，被广泛用作有机薄膜太阳能电池材料、有机发光二极管、电致变色材料、透明电极材料等领域的研究，对它的研究和开发已成为导电聚合物研究领域中的焦点。

已有3个公开的中国专利申请（公开号CN 102522210 A、CN 102505124 A和CN 102517638 A）报道利用脉冲伏安法电聚合反应，得到由二氧化钛纳米管、包覆在纳米管外壁和内壁面上聚吡咯纳米膜复合而成的同心轴中空结构的聚吡咯包覆二氧化钛纳米管复合阵列材料，或得到由沉积在二氧化钛纳米管内壁面上的聚吡咯导电膜、二氧化钛纳米管及沉积在二氧化钛纳米管外壁面上的聚吡咯导电膜构成的同心轴中空结构的夹套纳米管阵列。采用氢氟酸完全去除二氧化钛有序纳米管模板后，得到聚吡咯纳米柱嵌纳米孔阵列材料或聚吡咯纳米孔阵列材料。

已有公开的专利（申请公布号CN 102703952 A）以离子液体和有机溶液为电解液，在超声浴中通过阳极氧化制备碳硼氮掺杂双管TiO₂纳米管阵列。

目前，还没有制备聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列及管内独站立纳米线薄膜的报道。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列及管内独站立纳米线薄膜及其制备方法和应用。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列及管内独站立纳米线薄膜，该薄膜为具有整齐有序且按阵列排列的纳米孔的聚乙撑二氧噻吩，且所述纳米孔内有独立站立聚乙撑二氧噻吩纳米线，所述薄膜透明且不溶于水。

作为优选方式，所述纳米孔两端通透。

作为优选方式，所述纳米孔内径40-130nm，相邻孔的孔壁间的间距10-30nm。

作为进一步优选方式，所述纳米孔内径60-120nm，相邻孔的孔壁间的间距10-20nm。 

作为进一步优选方式，所述纳米孔内径60-90nm，相邻孔的孔壁间的间距15-20nm。

一种前述聚乙撑二氧噻吩纳米管阵列及管内独站立纳米线薄膜的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）以经预处理后的钛片或钛丝网为阳极，石墨棒为阴极，以离子液体和水为电解液，其中水的质量比为1%-10%，余者为离子液体，在20-100V恒定电压阳极氧化，反应0.5h-3h后，清洗并去除钛基底上面的氧化膜，所述离子液体为水溶性的四氟硼酸盐、三氟甲磺酸盐和三氟乙酸盐之一；

（2） 与（1）步相同条件下进行二次阳极氧化，清洗干燥后400-600℃煅烧得到内径20-80nm，壁厚20-50nm，管与管的间距10-30nm，管长大于500nm的独立分离的TiO₂纳米管阵列；

（3） 以（2）步得到的独立分离的TiO₂纳米管阵列为阳极，铂丝为阴极，在0.1-5mM的3,4-乙撑二氧噻吩和0.1-5mM十二烷基硫酸钠水溶液中进行恒电位或恒电流电聚合，得到在TiO₂纳米管阵列管内外空间填充聚乙撑二氧噻吩的复合材料，所述恒电位电聚合是指：控制10-50V电聚合电位，所述恒电流电聚合是指：5-50mA电聚合脉冲电流，恒电流脉冲电流模式：阳极电流100-500ms，阴极电流50-500ms，休止电流2-200ms；

（4）用氢氟酸去除（3）步得到的复合材料中的独立分离的TiO₂纳米管阵列，得到具有整齐有序且按阵列排列的纳米孔的聚乙撑二氧噻吩，且所述纳米孔内有独立站立聚乙撑二氧噻吩纳米线，所述薄膜透明且不溶于水。