[发明专利]一种应用于超级电容器的多氟功能化聚吲哚电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于超级电容器的多氟功能化聚吲哚电极材料及其制备方法，属于超级电容器电极材料技术领域，所述聚吲哚电极材料的前驱体结构为在吲哚分子的4，5，6或7位进行取代，取代个数分别为1，2，3和4，其中所述R₁为三氟甲基或三氟乙基，所述R₂为氟原子、三氟甲基或三氟乙基。本发明的超级电容器的多氟功能化聚吲哚薄膜电极，采用多氟功能化聚吲哚薄膜作为超级电容器电极，充分利用了多氟化修饰与吲哚特殊稠环结构的协同作用，使其具有较高的比电容值、好的充放电循环稳定性，作为超级电容器电极材料具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种应用于超级电容器的多氟功能化聚吲哚电极材料及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料的快速消耗和大量化石燃料消耗所造成的环境污染的日益恶化，对能源的有效利用和寻找可替代化石燃料的可再生和清洁能源的需求越来越大。能源储存是实现能源的多用途、清洁和高效利用的中间步骤，它已经引起了全世界的广泛关注和越来越多的研究兴趣。相比于传统的电容器，超级电容器是一种极具发展前景的电化学储能装置，由于其具有较高的能量密度，功率密度好，充放电快，循环寿命长等特点，在过去的几十年中引起了学术界和工业界的广泛关注。

作为超级电容器极其重要的一类电极材料，导电聚合物的制备工艺更加简单、成本更加低廉且综合性能更加优越包括更高的电导率和电化学活性，使其成为超级电容器最有前途的电极材料之一。与典型的导电聚合物聚苯胺，聚吡咯和聚噻吩相比，隶属于稠环家族的聚吲哚承载了聚对苯及聚吡咯的结构特性，使其具有好的热稳定性、电化学可逆性等优点，因此受到了越来越多的关注。然而，通过直接电聚合制备的单纯的聚吲哚的比电容仅仅达到103F g-1，5000圈后的电容保留率只有68％，这极大地限制了其在超级电容器领域中的应用。基于该问题，结构修饰不失为一种聚合物改性的重要方式。

氟原子具有高的电负性和最小的原子半径(除H外)，含氟基团被视为一类改善聚合物性能的特殊基团。氟原子的存在经常能够形成分子内和分子间的较强的氢键作用，多个氟原子的引入能够进一步加强分子间的相互作用力，并且，尽管是多个氟原子的引入也不会造成过多的分子间的空间位阻，使得聚合物具有更好的热稳定性、氧化稳定性以及结构稳定性。多个氟原子的引入降低聚合物表面能从而能够极大地改善聚合物的形貌结构，为赝电容反应提供更多的活性位点，这对提升导电聚合物电容性能会产生积极的影响。然而，具有单环结构的苯胺、噻吩或者吡咯在多氟化作用后，其相应聚合物的电化学活性明显下降，而吲哚具有特殊的稠环结构，因此本发明利用多氟化作用对聚吲哚的电容性能的调控，为开发新型高性能导电聚合物电极材料提供了宝贵的借鉴。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种应用于超级电容器的多氟功能化聚吲哚电极材料及其制备方法，充分利用了多氟化修饰与吲哚特殊稠环结构的协同作用，使其具有较高的比电容值、好的充放电循环稳定性，作为超级电容器电极材料具有良好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种应用于超级电容器的多氟功能化聚吲哚电极材料，所述聚吲哚电极材料的前驱体结构为在吲哚分子的4，5，6或7位进行取代，取代个数分别为1，2，3和4，其分子结构如下式所示：

其中所述R₁为三氟甲基或三氟乙基，所述R₂为氟原子、三氟甲基或三氟乙基。

本发明还包括一种应用于超级电容器的多氟功能化聚吲哚电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)电化学溶液配制

在氮气氛围下，将聚合物前驱体溶于有机溶剂中，再向其中加入支持电解质，得到电化学溶液；

(2)多氟功能化聚吲哚薄膜的电沉积