[發(fā)明專利]一種聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310188610.4
• 申請(qǐng)日: 2013-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103254429A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪瑾;李為;劉凌子;吳宗超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G73/02
• 分類號(hào): C08G73/02;C08K9/04;C08K3/30
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明屬于導(dǎo)電聚合物制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

聚苯胺具有多樣化的結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的摻雜機(jī)制、優(yōu)越的環(huán)境穩(wěn)定性、原料的價(jià)廉易得、制備過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有實(shí)際應(yīng)用前景的導(dǎo)電聚合物之一。二硫化鉬為層狀結(jié)構(gòu)，可以采用機(jī)械或化學(xué)剝層技術(shù)形成類石墨烯二硫化鉬，即由單層或幾層二硫化鉬構(gòu)成的二維層狀結(jié)構(gòu)，這種類石墨烯結(jié)構(gòu)的二硫化鉬具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)，因而擁有特殊的光物理性質(zhì)，如光吸收、熒光發(fā)射等，相比石墨烯的零帶隙，在能量存儲(chǔ)等光電器件領(lǐng)域顯示出更為光明的前景。由聚苯胺與類石墨烯二硫化鉬制備的復(fù)合材料性能上兼具兩者優(yōu)點(diǎn)，聚苯胺是一種有機(jī)柔性材料，具有加工簡(jiǎn)便、可大面積成型等特點(diǎn)，類石墨烯二硫化鉬表面積大、表面活性高，具有不同于塊狀二硫化鉬的獨(dú)特的光物理性能。聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料通過(guò)協(xié)同作用可實(shí)現(xiàn)材料的性能優(yōu)化，有望在二次電池、超級(jí)電容器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、傳感器、有機(jī)電致發(fā)光、電磁屏蔽、抗靜電等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

Mercouri?G.?Kanatzidis（Chem.?Mater.1993,5,595）報(bào)道了一種物理共混法制備的聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料，由于聚苯胺的溶解性差，該法不能制備出均勻分散的插層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所得復(fù)合材料與聚苯胺相比并不能顯示出更多的優(yōu)越性。原位插層聚合是先將苯胺單體、氧化劑、摻雜劑等加入類石墨烯二硫化鉬的懸浮液，在苯胺單體氧化聚合的同時(shí)實(shí)現(xiàn)聚合物與二硫化鉬的插層復(fù)合，有效地實(shí)現(xiàn)聚苯胺與二硫化鉬的可控插層，Rabin?Bissessur?(Mater.?Chem.?Phys.?2006,?99,?214)即采用該法制備了聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料，該報(bào)道以無(wú)機(jī)酸為氧化劑和摻雜劑，所制備復(fù)合材料不能解決聚苯胺難溶、難加工的問(wèn)題。有機(jī)酸摻雜聚苯胺可以有效地改善聚苯胺的溶解性和可加工性，乳液聚合方法具有工藝簡(jiǎn)單、聚合速率高、產(chǎn)物分子量高、環(huán)保的特點(diǎn)。目前以苯胺為原料，采用原位乳液聚合方法制備聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

為解決二硫化鉬在聚合物中分散不均勻及聚苯胺難溶、難加工的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)聚合物與二硫化鉬的可控插層，并實(shí)現(xiàn)復(fù)合后材料的性能優(yōu)化，本發(fā)明提供一種聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料的制備方法。

解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的方案為：以常規(guī)二硫化鉬為原料，通過(guò)化學(xué)剝層法制備類石墨烯二硫化鉬的懸浮液，再采用原位聚合的方法，在類石墨烯二硫化鉬懸浮液中加入苯胺單體、引發(fā)劑和有機(jī)酸類摻雜劑，攪拌、聚合反應(yīng)，即得到聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料。調(diào)節(jié)苯胺與二硫化鉬用量的摩爾比，可以增大或減小兩相接觸的表面積，進(jìn)而調(diào)節(jié)其各項(xiàng)性能。

一種聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料的制備方法，以二硫化鉬為原料，通過(guò)化學(xué)剝層法制備類石墨烯二硫化鉬的懸浮液，再采用原位聚合的方法，在類石墨烯二硫化鉬懸浮液中加入苯胺單體、引發(fā)劑和有機(jī)酸類摻雜劑，攪拌、聚合反應(yīng)，即得到聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料。

?具體制備操作步驟如下：

步驟1、制備類石墨烯二硫化鉬懸浮液：?

以二硫化鉬為原料，二硫化鉬的粒徑尺寸為0.01～100μm；在干燥的氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將二硫化鉬置于正丁基鋰的正己烷溶液中，在室溫下攪拌反應(yīng)48～72h，過(guò)濾，將固體物用正己烷洗滌，干燥，再加入50～100份水并用超聲波輔助反應(yīng)10～30min，即得到類石墨烯二硫化鉬的懸浮液；所述正丁基鋰的正己烷溶液是在100mL濃度為95%的正己烷溶液中加入25～50mL濃度2.5?mol/L的正丁基鋰溶液配制成的混合溶液；二硫化鉬用量和正丁基鋰用量的摩爾比為1:1～2；

步驟2、制備聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料：

采用原位插層聚合法，在類石墨烯二硫化鉬的懸浮液中加入苯胺單體、引發(fā)劑和有機(jī)酸類摻雜劑，其中，苯胺單體用量與二硫化鉬用量的摩爾比為0.5～10:1，苯胺單體用量與引發(fā)劑用量的摩爾比為1:0.1～1，苯胺單體用量與有機(jī)酸類摻雜劑用量的摩爾比為1:0.5～2；在溫度0～10℃條件下，攪拌聚合反應(yīng)5-12h，即得到墨綠色的聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料的乳液，將乳液進(jìn)一步用丙酮沉降后固液分離，并用去離子水清洗固體產(chǎn)物，溫度60℃真空干燥，得到固態(tài)粉體的聚苯胺和二硫化鉬插層復(fù)合材料；所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨或過(guò)硫酸鉀；所述有機(jī)酸類摻雜劑為苯磺酸或丁基苯磺酸或?qū)谆交撬峄蚴榛交撬峄蛘聊X磺酸。