[发明专利]以苹果酸为模板和掺杂剂制备导电聚苯胺纳米棒的方法

说明书

技术领域

本发明属于导电聚苯胺制备技术领域，特别涉及一种以苹果酸为模板和掺杂剂制备导电聚苯胺纳米棒的方法。具体来说，涉及一种以苹果酸为模板和掺杂剂，苯胺通过自组装以及原位聚合制备出具有纳米棒状结构的导电聚苯胺的方法。

背景技术

聚苯胺作为一种常见的导电聚合物，由于其制备简单，成本低廉，以及具有良好的环境稳定性和独特的物理和化学性质，常常被用于超级电容器、电池、传感器以及防腐领域，得到了世界各国科研工作者的大力关注。特别是具有纳米结构的导电聚苯胺，由于其粒径极小、比表面积大、极快的电子转移速率等性质，赋予了纳米导电聚苯胺材料具有传统块体所不具备的许多独特性能。

聚苯胺纳米棒具有大的比表面积，能够有效提高离子与电极发生氧化还原反应的效率，受到了科研工作者的关注和研究。譬如以软模板法制备导电聚苯胺纳米棒（X.D.Fu,etal,Alignedpolyanilinenanorodsinsitugrownongasdiffusionlayerandtheirapplicationinpolymerelectrolytemembranefuelcells.InternationalJournalofHydrogenEnergy,2016,41,3655-3663;Y.W.Chengetal,Branchedandphenazinizedpolyanilinenanorodpreparedinthepresenceofmeta-phenylenediamine.SyntheticMetals,2013,168,48-57;Y.Z.Li,etal,OrientedArraysofPolyanilineNanorodsGrownonGraphiteNanosheetsforanElectrochemicalSupercapacitor.Langmuir,2013,29,493-500.）。上述各种软模板法制备的聚苯胺纳米棒具有规整的棒状结构且具有较好的电化学性能。

苹果酸具有良好的水溶性，且相对于以上各种方法具有来源广泛、价格低廉等优点，尤其是其分子链上存在大量的羟基，可与苯胺分子形成大量的氢键，适合作为制备纳米棒状材料的模板；同时，苹果酸可作为聚苯胺的掺杂剂，能够有效提高聚苯胺的电化学性能。以苹果酸作模板和掺杂剂制备聚苯胺纳米棒是一种简单且环保的制备方法，所得聚苯胺纳米棒的结构规整且具有良好的电化学性能，是一种理想的超级电容器电极材料，尤其是适合工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种以苹果酸为模板和掺杂剂、通过自组装技术以及原位聚合的方法制备出具有规整结构的导电聚苯胺纳米棒的方法。

具体步骤为：

量取苹果酸加入到盛有30mL去离子水的烧瓶中，室温搅拌0.5h后，将烧瓶转置于冰水浴中，然后向烧瓶中加入0.5mL的苯胺和2mL浓度为1mol/L的盐酸溶液，在冰水浴的条件之下搅拌1h，制得混合液，然后向混合液中逐滴加入过硫酸铵溶液，在冰水浴的条件下搅拌12h，再加入2mL浓度为1mol/L的盐酸溶液，最后用去离子水进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，所得滤饼在50℃的真空干燥箱中干燥24h，研磨收集，即制得导电聚苯胺纳米棒。

所述苹果酸与苯胺的物质的量比为0.1~5:1；所述过硫酸铵与苯胺的物质的量比为1:1。

本发明方法具有以下优点：

本发明方法制备过程简单、环保、可靠，原料来源广泛、成本低廉，适合工业化生产，所得纳米棒状结构的导电聚苯胺比块状聚苯胺有着更低的电阻、更高的比电容。

本发明利用苹果酸分子上的羟基和羧基与苯胺分子形成氢键来制备具有纳米棒状结构的导电聚苯胺，纳米棒状结构可为电解质离子的扩散和移动提供良好的通道，使离子能够与电极材料充分的发生氧化还原反应，增大了材料的比电容、降低了内阻，从而获得具有良好电化学性能的纳米棒状结构聚苯胺，是一种理想的超级电容器电极材料。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的导电聚苯胺纳米棒的循环伏安图。

图2是本发明实施例1制得的导电聚苯胺纳米棒的恒流充放电图。

图3是本发明实施例1制得的导电聚苯胺纳米棒的扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1：