[发明专利]一体化杂多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一体化杂多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料，其特征在于：包括碳基底(1)、氮化钛纳米线阵列(2)和杂多酸修饰聚苯胺复合膜(3)；所述的氮化钛纳米线阵列(2)直接生长在碳基底(1)上，并且均匀垂直排列在碳基底表面；所述的杂多酸修饰聚苯胺复合膜(3)完整包裹在氮化钛纳米线阵列(2)表面；所述的杂多酸修饰聚苯胺复合膜(3)中杂多酸在分子层面上均匀镶嵌在聚苯胺内，形成复合膜层；所述的杂多酸修饰聚苯胺复合膜(3)中杂多酸通过静电吸附，配位络合方式固载在聚苯胺膜内。

2.根据权利要求1所述的一体化杂多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料，其特征在于：所述的碳基底(1)为碳纤维、碳纳米管、多孔碳膜、石墨烯片或者三聚氰胺树脂碳化而制备的碳基底。

3.根据权利要求1所述的一体化杂多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料，其特征在于：所述的杂多酸为磷钼酸、磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸盐、磷钨酸盐或硅钨酸盐。

4.根据权利要求1所述的一体化杂多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料，其特征在于：所述氮化钛纳米线阵列(2)的纳米线长度为0.8-1.3μm，直径为50-100nm；所述杂多酸修饰聚苯胺复合膜(3)的厚度为20-200nm。

5.权利要求1-4任一项所述的一体化杂多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用晶种辅助水热反应法制备二氧化钛纳米线阵列：将碳基底材料浸渍在含钛种子液中，经煅烧处理后得到表面物理吸附钛晶种的碳基底材料；随后将上述材料置于盐酸、水、钛基前驱体的混合反应液中进行水热反应制得二氧化钛纳米线阵列；

(2)高温氮化处理法制备氮化钛纳米线阵列：将生长有二氧化钛纳米线阵列的碳基底材料放入管式炉中，在氨气气氛下进行高温氮化反应，即在碳基底材料表面得到有序的氮化钛纳米线阵列；所述的氮化条件为：氨气浓度在99.7％以上，氨气流量为40-70mL/min；升温速率为：室温到300℃为5℃/min，300到700℃为2℃/min，700到900℃为1℃/min，900℃保温1h，随后自然冷却至室温；

(3)采用电化学共聚合反应法在氮化钛纳米阵列表面制备杂多酸修饰聚苯胺复合膜，得到一体化多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料：电化学共聚合反应采用循环伏安法，反应采用标准的三电极电化学反应体系，以氮化钛纳米线阵列为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，以苯胺、硫酸和杂多酸的混合溶液为电解液。

6.根据权利要求5所述的一体化杂多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的含钛种子液为钛酸四丁酯的乙醇溶液，浓度为0.05-0.5mol/L，浸渍时间为5-30min，水热反应温度为120-180℃，反应时间为3-12小时。

7.根据权利要求5所述的一体化杂多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)电化学共聚合反应中，所述的循环伏安法的制备条件为：设定低电位为-0.3-0V，高电位为0.8-1.2V，扫描速率为10-50mV/s，扫描周期为10-30个循环；电解液采用苯胺、硫酸以及杂多酸的混合水溶液为电解液，其中，苯胺的浓度为0.05-0.3mol/L，硫酸的浓度为0.1-2mol/L，杂多酸的浓度为1-5mmol/L。

8.权利要求1至4任一项所述的一体化杂多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料应用于电化学储能领域，其特征在于：所述的一体化杂多酸修饰聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列复合材料可直接作为超级电容器的电极材料，在水相电解液中进行电化学性能评估，或以聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯凝胶为工作电解质，构建对称型超级电容器进行电化学储能应用。