[發(fā)明專利]聚吡咯有序納米孔陣列材料及其制備方法和儲(chǔ)能應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110365033.2
• 申請(qǐng)日: 2011-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN102517638A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝一兵;杜洪秀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/58
• 分類號(hào): C30B29/58;C30B29/66;C30B30/02;H01G9/042
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚吡咯有序納米孔陣列材料及其制備方法和超級(jí)電容器電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用，屬于高分子材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

導(dǎo)電聚合物具有非定域π電子共軛體系，經(jīng)過離子摻雜后具備一定的電導(dǎo)率，它既具有金屬和半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性，又保留了聚合物的輕質(zhì)、柔性和可加工的特性，因此，導(dǎo)電聚合物在能源、信息、光電子、化學(xué)和生物傳感器、電磁屏蔽以及金屬防腐等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景，常見的導(dǎo)電聚合物有聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撐及其衍生物等。

導(dǎo)電聚吡咯是一種典型的導(dǎo)電聚合物，它具有其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、摻雜后高導(dǎo)電性、易于合成和形貌可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)。在電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域，導(dǎo)電聚吡咯電極材料的微結(jié)構(gòu)特征尤其重要，高的有效比表面積和整齊排列的納米陣列可以增加電極材料的比電容、比能量和比功率等電化學(xué)儲(chǔ)電性能。聚吡咯一般是通過吡咯單體進(jìn)行化學(xué)或者電化學(xué)氧化聚合反應(yīng)而合成制備，吡咯單體的α和β位具有相近的聚合能力，聚合過程中極易交聯(lián)形成顆粒狀聚吡咯，目前為止，具有典型納米結(jié)構(gòu)特征的聚吡咯納米顆粒、納米膜和納米線已有報(bào)道，定向排列的聚吡咯納米結(jié)構(gòu)電極材料具有很好的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，既提高了聚吡咯的有效比表面積，又有利于反應(yīng)離子擴(kuò)散和電子傳輸，因而在超級(jí)電容器應(yīng)用中具有很好的前景。本發(fā)明所述的聚吡咯有序納米孔陣列材料是一種具有兩端通透、整齊有序且按陣列排列的納米孔結(jié)構(gòu)聚吡咯，它可以作為超級(jí)電容器電極材料進(jìn)行電化學(xué)高效儲(chǔ)能的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種聚吡咯有序納米孔陣列材料及其制備方法，本發(fā)明提供一種聚吡咯有序納米孔陣列材料作為超級(jí)電容器電極材料進(jìn)行電化學(xué)儲(chǔ)能的應(yīng)用。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

本發(fā)明所述的聚吡咯有序納米孔陣列材料，所述的聚吡咯有序納米孔陣列材料為具有兩端通透、整齊有序且按陣列排列的納米孔結(jié)構(gòu)的聚吡咯。

本發(fā)明所述的聚吡咯有序納米孔陣列材料的制備方法，首先，在二電極電化學(xué)反應(yīng)體系中，鈦片作為陽極并作為工作電極，鉑片作為陰極并作為輔助電極，以氟化銨、磷酸和乙二醇的水溶液為反應(yīng)電解質(zhì)溶液，采用恒電壓陽極氧化反應(yīng)方法，制備管壁間隔分離的、有序且按陣列排列的二氧化鈦納米管，得到的管壁間隔分離的二氧化鈦有序納米管作為模板；然后，在三電極電化學(xué)反應(yīng)體系中，模板作為電極基體材料并作為工作電極，鉑片作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以吡咯單體和高氯酸鋰的乙氰有機(jī)溶液為反應(yīng)電解質(zhì)溶液，采用調(diào)控的電聚合反應(yīng)方法，使聚吡咯在二氧化鈦有序納米管外壁面上沉積并形成完整包覆于二氧化鈦納米管外壁面上的聚吡咯納米膜，得到由二氧化鈦納米管及包覆在納米管外壁面上的聚吡咯納米膜復(fù)合而成的聚吡咯包覆二氧化鈦納米管復(fù)合陣列材料；最后，以聚吡咯包覆二氧化鈦納米管復(fù)合陣列材料為前軀體，采用化學(xué)腐蝕溶解反應(yīng)方法完全去除二氧化鈦有序納米管模板，得到聚吡咯有序納米孔陣列材料。

本發(fā)明所述的聚吡咯有序納米孔陣列材料作為超級(jí)電容器電極材料進(jìn)行電化學(xué)儲(chǔ)能的應(yīng)用。

本發(fā)明所述的聚吡咯有序納米孔陣列材料具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)聚吡咯有序納米孔陣列材料具有兩端通透、整齊有序排列和均勻分布的納米孔陣列結(jié)構(gòu)特征。

(2)聚吡咯有序納米孔陣列材料具有完全通透性的納米孔通道，一方面增加了有效比表面積，另一方面優(yōu)化了反應(yīng)離子定向遷移路徑，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)離子短程擴(kuò)散，應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料可以提高電化學(xué)儲(chǔ)電性能。

(3)聚吡咯有序納米孔陣列材料具有有序納米孔規(guī)整排列的聚吡咯導(dǎo)電膜，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電子在電場(chǎng)作用下沿著聚吡咯導(dǎo)電膜進(jìn)行軸向的定向有序傳輸，提高了電子傳導(dǎo)效率，應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料可以提高電化學(xué)儲(chǔ)電性能。

(4)采用電化學(xué)和濕化學(xué)合成反應(yīng)的制備方法，可以在常溫常壓的溫和條件下進(jìn)行，操作簡(jiǎn)單，而且前軀體材料易得，原料成本相對(duì)低廉。

附圖說明

圖1是聚吡咯有序納米孔陣列材料的微結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是聚吡咯有序納米孔陣列材料的掃描電鏡正面俯視圖。

圖3是聚吡咯有序納米孔陣列材料的掃描電鏡背面俯視圖。

圖4是聚吡咯有序納米孔陣列材料的掃描電鏡剖面圖。

圖5是聚吡咯有序納米孔陣列材料的傅里葉變換紅外光譜圖。

圖6是聚吡咯有序納米孔陣列材料的恒電流循環(huán)充放電曲線圖。

圖7是脈沖伏安法的脈沖電位調(diào)控曲線示意圖。

圖8是脈沖伏安法進(jìn)行電聚合反應(yīng)制備聚吡咯包覆二氧化鈦納米管復(fù)合陣列材料的正面掃描電鏡圖。