[发明专利]一种导电聚苯胺包覆聚酰亚胺基多孔有机纳米复合纤维膜

说明书

本发明提供了一种导电聚苯胺包覆聚酰亚胺基多孔有机纳米复合纤维膜。所述的导电聚苯胺包覆聚酰亚胺基多孔有机纳米复合纤维膜的制备方法，其特征在于，包括：静电纺丝制备聚酰胺酸/聚丙烯腈/多壁碳纳米管/聚甲基丙烯酸甲酯复合纤维膜；在氮气气氛下进行热亚胺化和低温碳化，制备得到碳化后的聚酰亚胺基多孔有机纳米纤维膜；将所得的聚酰亚胺基多孔有机纳米纤维膜原位生长聚苯胺；用去离子水洗涤，置于真空烘箱干燥，得到导电聚苯胺包覆聚酰亚胺基多孔有机纳米复合纤维膜。本发明所制备的导电聚苯胺包覆聚酰亚胺基多孔有机纳米复合纤维膜是制备高性能超级电容器、柔性锂/钠离子电池等新能源器件的理想电极材料。

技术领域

本发明属于有机聚合物-新能源技术领域，具体涉及一种导电聚苯胺包覆聚酰亚胺基多孔有机纳米复合纤维膜可作为高性能超级电容器、柔性锂/钠离子电池等新能源器件的理想电极材料。

背景技术

静电纺氮掺杂碳纤维的表面和内部都呈现出高密度孔结构，且纤维较疏松。氮掺杂碳纳米纤维还拥有碳材料所具有的优异物理化学性能，如优异的力学性能、耐酸碱、高比表面积、高导电性等特点。且纳米纤维的小尺寸效应、表面效应等特殊性能在氮掺杂碳纳米纤维上也有所体现。这些优异的性能使其应用非常广泛，尤其是在表面吸附、催化剂载体、能量转换与储存的基底材料等方面得到了充分的应用。静电纺丝装置一般由高压电源、注射器和收集器三部分组成。当施加高电压时，注射器针头的带电聚合物液滴会经受表面电荷斥力和外部电场库仑力，在两种力的作用下液滴喷射而出，随着溶剂的挥发，形成纳米纤维并被收集器收集。静电纺丝技术因其简单、经济、可连续大量制备纳米纤维而成为目前纳米纤维制备的最主要方法之一。

聚酰亚胺分子中有非常稳定的芳香杂环结构，使其表现出其他高分子材料无法比拟的优异性能。此外，其丰富的羰基和高共轭结构使其在作为电化学活性组分时表现出高的理论比容量。与其他小分子羰基化合物相比，聚酰亚胺在电化学循环过程中表现出更好的稳定性和更宽的电化学窗口。质子掺杂聚苯胺具有高的电导率，并且具有较高的比容量。通过质子掺杂聚苯胺的包覆可有效提高纤维膜的导电性和循环稳定性。因此，将聚苯胺与聚酰亚胺基多孔有机纳米纤维进行复合是很有实际意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备过程环保、制备成本低廉、电化学性能优异的导电聚苯胺包覆聚酰亚胺基多孔有机纳米复合纤维膜及其制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种导电聚苯胺包覆聚酰亚胺基多孔有机纳米复合纤维膜的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：将聚丙烯腈粉末、聚酰胺酸、聚甲基丙烯酸甲酯、多壁碳纳米管分别加入到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，将所得的分散液混合，持续搅拌，得到均一的分散液；

步骤2：将得到的分散液进行静电纺丝，制备得到聚酰胺酸/聚丙烯腈/多壁碳纳米管/聚甲基丙烯酸甲酯复合纤维膜；

步骤3：将所得的复合纤维膜在氮气气氛下进行热亚胺化和低温碳化，制备得到聚酰亚胺基多孔有机纳米纤维膜；

步骤4：将所得的聚酰亚胺基多孔有机纳米纤维膜置于苯胺溶液中，然后加入过硫酸铵，进行反应；

步骤5：将步骤4所得的纤维膜用去离子水洗涤，置于真空烘箱干燥，得到导电聚苯胺包覆聚酰亚胺基多孔有机纳米复合纤维膜。

优选地，所述的聚酰胺酸的制备步骤包括：先将合成聚酰亚胺的单体二元胺溶于极性溶剂，然后加入另一单体二元酐，继续反应一段时间，制备得到聚酰胺酸溶液，利用旋转蒸发仪除去溶剂并置于烘箱烘干后得到聚酰胺酸粉末。

更优选地，所述的二元酐单体为1,4,5,8-萘四甲酸酐(NTCDA)；所述二元胺为对苯二胺(PDA)。

优选地，所述的静电纺丝过程的工艺参数为：静电场电压15～25kV，纺丝速度0.08～0.1mm min^-1，接收距离25～30cm。