[发明专利]一种蛋黄-壳结构的碳球@聚苯胺复合微球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种蛋黄‑壳结构的碳球@聚苯胺复合微球及其制备方法，包括：(1)缩聚反应制备粒径均一、单分散的酚醛树脂微球；(2)酚醛树脂微球@二氧化硅复合结构微球的制备；(3)高温碳化得到碳球@二氧化硅复合结构微球；(4)将碳球@二氧化硅复合结构微球通过苯胺单体的原位聚合，得到碳球@二氧化硅@聚苯胺复合结构微球；(5)将(4)得到的复合微球通过强碱的刻蚀反应除去二氧化硅，得到蛋黄‑壳结构的碳球@聚苯胺复合微球，具有较大的孔径和较高的比表面积，同时具有一定的机械强度和化学稳定性，反应条件温和，后处理简单，通过碳材料和导电聚合物的协同作用，能够提高复合材料的电化学性能，可应用于超级电容器电极材料。

技术领域

本发明涉及一种碳材料和导电聚合物的复合材料，具体是涉及一种蛋黄-壳结构的碳球@聚苯胺复合微球及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种典型的能量存储器件，基本原理类似于二次电池，其具有普通电池无法比拟的高比电容，高功率密度和较长循环寿命，由于其优良的电化学性能将会成为未来社会能量储存装置的重要组成之一。实际作为超级电容器电极材料的主要有三种，分别是碳材料，导电聚合物，金属氧化物或氢氧化物。但是这些单一的材料由于本身的特点电化学性能并不理想，同时也增加成本和能耗，浪费资源。因此，研究开发出一种具有两者或三者协同作用的复合材料具有重要意义。

发明内容

本发明旨在提供一种蛋黄-壳结构的碳球@聚苯胺复合微球及其制备方法，利用独特的蛋黄-壳结构(即Yolk-shell纳米结构，呈现内核@空隙@外壳构型)，由于其较大的比表面积，内核与外壳的功能化，以及其可控的形貌特征，构建中间具有空隙的复合材料，在充分发挥两者协同作用的基础上，提高复合材料的电化学性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种蛋黄-壳结构的碳球@聚苯胺复合微球的制备方法，包括：

(1)缩聚反应方法制备单分散酚醛树脂微球

将间苯二酚单体溶于水中，搅拌下加入氨水，保持8～12℃，加入甲醛，反应20～26h，反应产物离心、洗涤、干燥，得到酚醛树脂微球；

(2)酚醛树脂@二氧化硅复合结构微球的制备；

将步骤(1)得到的酚醛树脂微球分散在水中，加入乙醇、氨水，分散均匀，将正硅酸四乙酯(TEOS)溶解在乙醇中，在1～5s内加入至上述含有酚醛树脂、水、乙醇、氨水的反应体系中，在35～45℃搅拌反应2～4h，利用正硅酸乙酯、氨水在酚醛树脂微球表面修饰上二氧化硅壳层，离心、洗涤、干燥，得到酚醛树脂@二氧化硅复合结构微球；

(3)碳球@二氧化硅复合结构微球的制备；

取步骤(2)中所得的酚醛树脂@二氧化硅复合结构微球，例如80～150mg，以4～6℃/min升温速度加热至680～800℃，保温1～3h，得到碳球@二氧化硅复合结构微球；

(4)碳球@二氧化硅@聚苯胺复合结构微球的制备；

取步骤(3)中所得的碳球@二氧化硅复合结构微球分散均匀于盐酸中，得到均匀分散液，加入苯胺单体，另取过硫酸铵溶解在盐酸中，以4～6s/滴的滴加速度添加至分散液中，-2～2℃反应10～14h，离心、洗涤、干燥，得到碳球@二氧化硅@聚苯胺复合微球；所述碳球@二氧化硅复合结构微球、苯胺单体、过硫酸铵的配方比例为25～35mg：45～55μL：0.10～0.12g；苯胺单体在过硫酸铵引发剂催化下，容易在溶液体系自聚，会得到纯聚苯胺产物，所以必须严格控制反应条件，使苯胺单体吸附在碳球@二氧化硅复合结构微球，从而引发单体聚合得到目标产物为碳球@二氧化硅@聚苯胺复合结构微球。

(5)蛋黄-壳结构的碳球@聚苯胺复合微球的制备；