[发明专利]一种聚苯胺接枝Al掺杂TiO2

说明书

本发明涉及超级电容器技术领域，且公开了一种聚苯胺接枝Al掺杂TiO₂的超级电容器材料，铝掺杂二氧化钛纳米空心球与甲苯‑2,4‑二异氰酸酯反应，得到异氰酸酯化铝掺杂二氧化钛纳米空心球，接着与苯胺反应，得到苯胺修饰铝掺杂二氧化钛纳米空心球，再与苯胺聚合，得到聚苯胺接枝Al掺杂TiO₂的超级电容器材料，铝掺杂二氧化钛纳米空心球均匀分散，且具有超高的比表面积，增大与电解液接触面积，加速离子传输，铝掺杂形成点缺陷，降低二氧化钛内部电荷传输阻抗，提高导电性，聚苯胺的接枝，为二氧化钛提供赝电容，提高比电容，使得聚苯胺接枝Al掺杂TiO₂的超级电容器材料具有优异的导电性、循环稳定性和实际比电容。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体为一种聚苯胺接枝Al掺杂TiO₂的超级电容器材料及其制法。

背景技术

超级电容器是一种高效的储能装置，具有较高的电容、较大的功率密度、较好的循环性能，在移动电源、电动汽车等领域广泛应用，且相较于传统的蓄电池，超级电容器具有绿色无污染的优势，保护了环境，而超级电容器的性能主要受电极材料的影响，因此，需要制备出一种低成本、电化学稳定性好、比电容高的电极材料。

二氧化钛具有成本较低、电化学稳定性好、比表面积较大、赝电容特性等优点，但是其导电性较差，使得无法发挥较高的电容性能，限制了其在超级电容器电极材料方面的应用，元素掺杂可以降低二氧化钛内部的电荷传输阻抗，从而增加导电性，聚苯胺具有较高的导电性、较好的化学稳定性、较低的成本等优点，广泛应用于超级电容器电极材料方面的研究，因此，我们采用聚苯胺接枝Al掺杂TiO₂的方式来解决上述问题。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种聚苯胺接枝Al掺杂TiO₂的超级电容器材料及其制法，解决了二氧化钛电极材料导电性差、实际比电容较低的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚苯胺接枝Al掺杂TiO₂的超级电容器材料，所述聚苯胺接枝Al掺杂TiO₂的超级电容器材料制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入去离子水、硝酸铝、四氯化钛，搅拌2-4h，加入由葡萄糖水热反应得到的碳纳米微球，其中硝酸铝、四氯化钛、碳纳米微球的质量比为80-140:100:3-5，搅拌12-36h，离心并干燥，将干燥产物置于气氛管式炉中，进行煅烧过程，得到铝掺杂二氧化钛纳米空心球；

(2)向反应瓶中加入无水丙酮、甲苯-2,4-二异氰酸酯、铝掺杂二氧化钛纳米空心球，在氮气氛围中室温超声分散均匀，加入二月桂酸二丁基锡，在70-90℃下超声反应2-3h，离心、洗涤并干燥，得到异氰酸酯化铝掺杂二氧化钛纳米空心球；

(3)向反应瓶中加入无水丙酮、异氰酸酯化铝掺杂二氧化钛纳米空心球，超声分散均匀，加入苯胺，在氮气氛围中室温搅拌2-3h，离心、洗涤并干燥，得到苯胺修饰铝掺杂二氧化钛纳米空心球；

(4)向反应瓶中加入去离子水、盐酸、苯胺、苯胺修饰铝掺杂二氧化钛纳米空心球，超声分散均匀，加入过硫酸铵，室温反应3-5h，过滤，用去离子水、丙酮洗涤干净并干燥，得到聚苯胺接枝Al掺杂TiO₂的超级电容器材料。

优选的，所述步骤(1)中气氛管式炉包括主体，主体的顶部固定连接有活动架，活动架的中间活动连接有炉体，炉体的中间活动连接有炉管，炉管的中间活动连接有载物台，载物台的底部活动连接有万向轮，炉管的右侧活动连接有端盖，端盖的右侧活动连接有气孔，炉体的中间活动连接有齿轮。

优选的，所述步骤(1)中煅烧过程为在体积比为30-40:60-70的氧气与氮气混合氛围中400-450℃下煅烧3-5h。