[發(fā)明專利]一種氧化石墨/聚吡咯復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210003652.1
• 申請(qǐng)日: 2012-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102532894A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何大偉;王永生;高琦;李京峰;富鳴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L79/04
• 分類號(hào): C08L79/04;C08K9/00;C08K3/04;C08G73/06
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 李鴻華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氧化石墨和導(dǎo)電高分子的復(fù)合材料技術(shù)。特別是氧化石墨/聚吡咯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

導(dǎo)電聚合物，又稱導(dǎo)電高分子，是指能通過(guò)摻雜或者復(fù)合等手段，使得電導(dǎo)率可以達(dá)到半導(dǎo)體和導(dǎo)體范圍內(nèi)的聚合物。有吡咯黑之稱的聚吡咯(PPy)粉末早在1916年就已經(jīng)合成出來(lái)，但當(dāng)時(shí)人們沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這種聚合物的導(dǎo)電性能。后來(lái)Diaz等報(bào)道了含有1％乙腈的溶液中制備電導(dǎo)率更好、熱穩(wěn)定的PPy。直到20世紀(jì)70年代，白川英樹(shù)發(fā)現(xiàn)摻雜后的聚乙炔具有接近金屬的導(dǎo)電性，導(dǎo)電聚合物領(lǐng)域才引起了人們廣泛的關(guān)注。PPy由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性以及簡(jiǎn)單的合成工藝而得到了更加深入的研究。但是本征態(tài)導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電性很差，并且難溶于有機(jī)溶劑，難于加工，這些因素制約了其更廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步改善PPy的這些性能，研究人員發(fā)現(xiàn)，在合成過(guò)程中加入各種添加劑以及與納米粒子進(jìn)行了摻雜或復(fù)合，不僅有效地提高了PPy的電導(dǎo)率，而且還改善了其熱穩(wěn)定性以及機(jī)械延展性，PPy復(fù)合材料表現(xiàn)出了優(yōu)良的光電性能，因而成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

由于氧化石墨和導(dǎo)電聚合物共軛結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電協(xié)同作用可增強(qiáng)基體導(dǎo)電性，同時(shí)又可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)，聚吡咯與氧化石墨的交互作用可顯著提高材料的耐熱性能，適于作高溫電極材料。

目前的氧化石墨/聚吡咯的制備中，制作成本較高，如使用的表面活性劑成本高或者不易獲得；通過(guò)電化學(xué)方法制備，產(chǎn)率較低；合成的聚吡咯導(dǎo)電性能不高等不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)電性良好、熱穩(wěn)定性好、制作工藝簡(jiǎn)單且成本相對(duì)較低的氧化石墨/聚吡咯復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種氧化石墨/聚吡咯復(fù)合材料的制備方法，該制備方法的步驟包括：

步驟一按表面活性劑與吡咯單體的物質(zhì)的量之比為1∶1～2∶1取表面活性劑，放入1mol/L樟腦磺酸或鹽酸或硫酸的溶液中制成0.13mol/L～0.26mol/L的表面活性劑溶液；按氧化劑和吡咯單體的物質(zhì)的量之比為0.2∶1～2∶1取氧化劑，放入1mol/L樟腦磺酸或鹽酸或硫酸溶液中制成0.026mol/L～0.26mol/L的氧化劑溶液，按氧化石墨和吡咯單體的質(zhì)量之比為0.1∶1～0.6∶1稱量；

步驟二將步驟一稱量的氧化石墨加入到步驟一制備的表面活性劑溶液中，超聲分散，超聲時(shí)間為20min～60min，形成分散均勻的氧化石墨溶液；

步驟三在步驟二中所得氧化石墨溶液中，加入步驟一稱量的吡咯單體，然后繼續(xù)通過(guò)超聲分散，超聲時(shí)間為10min～30min，使其形成混合液；

步驟四對(duì)步驟三所得的混合液中，逐滴緩慢的加入與混合液同體積的步驟一中的氧化劑溶液，在溫度為15℃～-5℃下，攪拌3h～6h，加入與其相同體積的甲醇或乙醇后，中止反應(yīng)；

步驟五將步驟四得到的混合液進(jìn)行抽濾、洗滌、真空烘干后得到氧化石墨/聚吡咯復(fù)合材料。

所述的步驟一中的表面活性劑包括：十二烷基苯磺酸鈉或十六烷基三甲基溴化銨。

所述的步驟一中的氧化劑包括：過(guò)硫酸銨或三氯化鐵。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)顯著：(1)利用氧化石墨大的比表面積，和表面氧基基團(tuán)形成結(jié)合位點(diǎn)，通過(guò)羧酸基團(tuán)以及表面活性劑對(duì)吡咯單體包覆作用，使得吡咯均勻地包覆在氧化石墨上，提高其比表面積，形成氧化石墨/聚吡咯復(fù)合物；(2)制備該材料的操作過(guò)程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)率高，對(duì)設(shè)備要求不高，成本較低；(3)聚吡咯與氧化石墨的交互作用可顯著提高材料的耐熱性能，適于作高溫電極材料，而且聚吡咯的加入彌補(bǔ)了氧化石墨導(dǎo)電率低的缺點(diǎn)，可在超級(jí)電容器電極材料、化學(xué)電源、傳感器、環(huán)境、生命科學(xué)等領(lǐng)域有著較為強(qiáng)的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1.1是聚吡咯的熱失重圖。

圖1.2是氧化石墨/聚吡咯復(fù)合材料的熱失重圖。

圖2氧化石墨/聚吡咯復(fù)合材料的SEM圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施方式一

氧化石墨/聚吡咯復(fù)合材料的制備方法包括：

步驟一稱取十六烷基三甲基溴化銨1.5794g，溶于33.375ml的1mol/L的鹽酸溶液中，制成0.13mol/L的表面活性劑溶液，過(guò)硫酸銨0.1978g，溶于33.375ml的1mol/L的鹽酸溶液中，制成0.026mol/L的氧化劑溶液，稱取氧化石墨30mg，吡咯0.3ml；

步驟二將氧化石墨加入到步驟一中的表面活性劑溶液中，超聲60min；

步驟三將吡咯單體滴加到步驟二產(chǎn)物中，超聲30min分散形成吡咯混合液；