[发明专利]一种聚吡咯/无机纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚吡咯/无机纳米复合材料的制备方法。是一种通过电化学原位反应所生成纳米复合结构材料的制备方法。本发明先通过溶胶—凝胶法制备分散均匀的无机纳米颗粒水溶胶，然后在水溶胶中加入吡咯单体进行复合材料的原位制备。上述制备方法保障了无机纳米颗粒在聚吡咯基体中的良好分散性，进而显著提高聚吡咯/无机纳米复合材料的应用性能。且通过电化学反应直接原位生成，合成过程简单，绿色无污染。该复合材料因此具有较好的应用前景与经济效益。

技术领域

本发明涉及一种聚吡咯/无机纳米复合材料的制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

聚吡咯是一种杂环共轭型导电高分子，经过适当的无机纳米填料掺杂可以获得兼具优良导电性、磁性、耐热性能和机械性能的复合材料。该类复合材料在传感器、超级电容器、导电复合材料、太阳能电池、金属防腐涂层等领域具有广泛的应用前景。目前，聚吡咯/无机纳米复合材料多在有机溶剂中通过化学氧化法制备。由于有机溶剂通常具有较高的挥发性与生理毒性，限制了聚吡咯/无机纳米复合材料的工业化生产。

电化学合成法是近年来发展起来的一种制备聚合物/无机纳米复合材料的方法。电化学合成又称电解合成，是利用电解手段在电极表面进行电极反应从而生成新物质的一种绿色合成技术。该合成方法可在常温常压下进行，并可通过调节电位、电流密度等参数控制反应进程，便于自动控制，简化了反应步骤，减少了反应物损耗和副反应的发生。电化学合成完全符合“原子经济性”要求，而传统的合成催化剂和合成“媒介”很难达到这种要求。相对于传统的有机溶剂氧化法：(1)电化学合成在水相中进行，无需有毒或有危险性的氧化剂、还原剂与有机溶剂，具有良好的经济性与低毒性；(2)电化学合成工艺简单、反应条件温和，所需的能耗和设备投资低；(3)电化学合成产物易于精制分离，产品的纯度高、副产物少，可大幅度降低环境污染；(4)电化学合成得到的复合材料呈膜状，可以直接用于金属防腐、传感器、超级电容器、导电复合材料。因此，人们日益关注电化学合成法在聚合物/无机纳米复合材料制备领域中的应用。

目前，已有利用电化学合成法制备聚吡咯/无机纳米复合材料的相关报道，主要是使用机械搅拌的方式将无机纳米颗粒粉体分散于水相中，然后加入吡咯单体进行复合材料的制备。由于机械搅拌难以保障无机纳米颗粒在水相中充分分散，导致所制备的复合材料中颗粒分布不均匀，并且局部存在颗粒聚集现象。这降低了聚吡咯/无机 纳米复合材料的应用性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有电化学合成技术难以保障无机纳米颗粒在水相中充分分散这一问题，提出一种基于电化学合成的聚吡咯/无机纳米复合材料制备的新方法，以保障无机纳米颗粒在聚吡咯基体中的良好分散性，进而显著提高聚吡咯/无机纳米复合材料的应用性能。

本发明的技术问题通过以下技术方案解决，包括以下步骤：

步骤1、制备无机纳米颗粒。采用溶胶—凝胶法在水相体系中原位制备，选用正硅酸乙酯或钛酸四丁酯等水解性单体，按照0.05～0.3mol/L的浓度，在体积比水︰乙醇＝10︰1的乙醇水溶液中室温下直接水解得到相应的纳米二氧化硅、纳米二氧化钛等无机纳米颗粒。

步骤2、混合。在步骤1的无机纳米颗粒水溶胶中加入提纯后的吡咯单体，通入氮气除氧并搅拌混合均匀。

步骤3、电解。将步骤2中混合均匀的液体加入电解池，采用三电极体系，对体系施加0.6～2.0V的电压，用电化学合成作为反应的推动力。

步骤4、沉积。通过电沉积反应，采用电化学工作站在电解池阳极沉积聚吡咯/无机纳米复合材料，扫描十圈，扫描速度为50mv/s。

步骤5、清洗、干燥。用乙醇与水将所得电极整体交替清洗三次，再减压干燥24h，得到纯化后的聚吡咯/无机纳米复合材料。