[发明专利]钌配位聚吡咯纳米球团簇材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钌配位聚吡咯纳米球团簇材料及其制备方法和应用，所述的钌配位聚吡咯纳米球团簇材料由钌配位聚吡咯纳米球构成，纳米球紧密堆积形成纳米球团簇，纳米球团簇相互聚集形成纳米球团簇间微孔。钌配位聚吡咯纳米球团簇材料采用单体配位‑电聚合法制备。首先采用直接配位反应合成法，利用钌离子的空轨道和吡咯单体分子链上氮原子的未成对电子相互作用，通过直接配位反应制得钌配位吡咯单体。然后采用循环伏安电聚合反应合成法，钌配位吡咯单体在π‑π堆积力作用下，通过电聚合反应制得钌配位聚吡咯。相对于现有技术，所述材料具有较大的比表面积、较好的导电性和结构稳定性，在电化学应用中表现出更优异的电容性能和电化学稳定性。

技术领域

本发明涉及一种钌配位聚吡咯纳米球团簇材料及其制备方法和超级电容器电化学储能应用，属于高分子新型能源材料领域。

背景技术

在导电聚合物中，聚吡咯作为经典的导电高分子，由于其具有良好的空气稳定性，较高的导电性、环境无毒性和可逆的氧化还原性，在微电子、电化学、生物技术等方面具有诱人的应用前景，因此受到格外重视。

导电聚吡咯作为超级电容器的电极材料，其储能也是通过法拉第赝电容原理实现，它的电化学反应既发生在电极材料的表面，也发生在电极材料的体相的二维或准二维空间，从而使导电聚吡咯能够存储高能量密度的电荷，产生较高的法拉第赝电容。而且聚吡咯合成方便、抗氧化性能好，且与其他导电高分子相比，具有电导率较高、易成膜、柔软等优点。但是导电聚吡咯作为电容器电极材料，其电容内阻较大、大功率放电性能差、长期循环稳定性能较差，这些问题都大大限制了聚吡咯在超级电容器储能领域的应用。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钌配位聚吡咯纳米球团簇材料及其制备方法和应用，兼具较高的电化学倍率性能和循环稳定性。

技术方案：为了实现上述目的，本发明公开了一种钌配位聚吡咯纳米球团簇材料，其主要由钌配位聚吡咯纳米球构成，纳米球紧密堆积形成纳米球团簇，纳米球团簇相互聚集形成纳米球团簇间微孔。

作为优选，所述的钌配位聚吡咯纳米球团簇材料由钌配位聚吡咯纳米球、纳米球紧密堆积形成的纳米球团簇以及纳米球团簇相互聚集形成的纳米球团簇间微孔组成，所述的钌配位聚吡咯纳米球直径范围为150-200nm；钌配位聚吡咯纳米球紧密堆积形成钌配位聚吡咯纳米球团簇，纳米球团簇直径范围为550-600nm；钌配位聚吡咯纳米球团簇相互聚集形成钌配位聚吡咯纳米球团簇间微孔，微孔直径范围为400-450nm。

本发明还提供了所述的钌配位聚吡咯纳米球团簇材料的制备方法，主要包括以下步骤：

首先采用直接配位反应合成法，以吡咯单体和三氯化钌的乙腈/水溶液为反应电解质溶液，钌离子的空轨道与吡咯环分子链上氮原子的未成对电子通过配位反应制得钌配位吡咯单体。然后采用循环伏安电聚合反应合成法，以钌配位吡咯单体和高氯酸锂的乙腈/水溶液为反应电解质溶液，活性碳纸为工作电极，进行连续的循环伏安扫描，钌配位吡咯单体在π-π堆积作用力作用下通过循环伏安电聚合反应制得钌配位聚吡咯纳米球团簇材料。

所述的直接配位反应方法为：以吡咯单体和三氯化钌的乙腈/水溶液为反应溶液，乙腈/水体积比为1:1-1:3，吡咯单体的摩尔浓度为0.1-0.2mol/L，三氯化钌的摩尔浓度为0.0001-0.0003mol/L,配位反应时间为2-16h，反应温度为25℃。

所述的循环伏安电聚合反应方法为：以钌配位吡咯单体和高氯酸锂的乙腈/水溶液为电解质溶液，乙腈/水体积比为1:1-1:3，钌配位吡咯单体的摩尔浓度为0.1-0.2mol/L，高氯酸锂的摩尔浓度为0.1-0.2mol/L，采用三电极电化学反应体系，活性碳纸为工作电极，铂片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，所述的循环伏安扫描设定工作电极起始电位为0.5V，终止电位为0.9V,扫描速率为0.1V/s，循环圈数为30圈。