[發明專利]一種聚吡咯?二氧化鈦或氮化鈦?聚苯胺同軸三層納米管陣列復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201410262000.9
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104112603B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 謝一兵;王丹
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/48;H01G11/24;H01G11/86;B82Y30/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 沈振濤

1.一種聚吡咯-二氧化鈦或氮化鈦-聚苯胺同軸三層納米管陣列復合材料，其特征在于：包括管墻獨立結構的二氧化鈦或氮化鈦納米管陣列骨架(1)、在二氧化鈦或氮化鈦納米管陣列骨架(1)外壁面聚合沉積而成的聚吡咯納米管(2)以及在二氧化鈦或氮化鈦納米管陣列骨架(1)內壁面聚合沉積而成的聚苯胺納米管(3)；所述聚吡咯-二氧化鈦或氮化鈦-聚苯胺同軸三層納米管陣列復合材料為一組具有同心軸的三層納米管緊密有序排列形成的陣列結構，所述的具有同心軸的三層納米管外層為聚吡咯納米管，中間層為二氧化鈦或氮化鈦納米管，內層為聚苯胺納米管；

所述聚吡咯納米管(2)是由聚吡咯采用真空條件下的化學聚合法成核預處理和電化學聚合反應沉積形成，所述聚苯胺納米管(3)是由聚苯胺采用水熱條件下的化學聚合法成核預處理和光助電化學聚合反應沉積形成。

2.根據權利要求1所述的一種聚吡咯-二氧化鈦或氮化鈦-聚苯胺同軸三層納米管陣列復合材料，其特征在于：二氧化鈦或氮化鈦納米管的管壁厚度為10-20nm、內徑為80-130nm、長度為860-960nm，相鄰二氧化鈦或氮化鈦納米管之間距離為30-68nm；當骨架為二氧化鈦納米管陣列時，聚吡咯納米管的管壁厚度為8-15nm，聚苯胺納米管的管壁厚度為8-11nm；當骨架為氮化鈦納米管陣列時，聚吡咯納米管的管壁厚度為18-30nm，聚苯胺納米管的管壁厚度為5-15nm。

3.權利要求1至2任一項所述的一種聚吡咯-二氧化鈦或氮化鈦-聚苯胺同軸三層納米管陣列復合材料的制備方法，其特征在于：通過化學聚合反應、電化學聚合反應和光助電化學聚合反應的分步選擇性合成反應方法制備而成，包括以下步驟：

(1)二氧化鈦納米管陣列的制備：采用恒電位陽極氧化合成方法，在二電極化學反應體系中，以鈦片作為陽極并作為工作電極，以鉑片作為陰極并作為輔助對電極，以氟化銨、磷酸、甲醇和乙二醇的混合水溶液作為反應電解質溶液，在恒電壓20-30V條件下反應1-3h，制得無定形態的二氧化鈦納米管陣列；將無定形態的二氧化鈦納米管陣列在400-500℃高溫煅燒1-3h，制得銳鈦礦相的二氧化鈦納米管陣列；

(2)氮化鈦納米管陣列的制備：步驟(1)制得銳鈦礦相的二氧化鈦納米管陣列在純氨氣氛條件下，900℃恒溫氮化處理1-2h，制得氮化鈦納米管陣列；

(3)化學聚合預處理的聚吡咯-二氧化鈦或化學聚合預處理的聚吡咯-氮化鈦復合材料的制備：將步驟(1)制得的二氧化鈦納米管陣列或步驟(2)制得的氮化鈦納米管陣列表面均勻涂抹吡咯和三氯化鐵的碳酸丙烯酯溶液，真空條件下，35-45℃恒溫處理6-8min，重復3-5次，即得化學聚合預處理的聚吡咯-二氧化鈦或化學聚合預處理的聚吡咯-氮化鈦復合材料；

(4)聚吡咯-氧化鈦或聚吡咯-氮化鈦復合材料的制備：在三電極電化學反應體系中，以化學聚合預處理的聚吡咯-二氧化鈦或化學聚合預處理的聚吡咯-氮化鈦復合材料為工作電極，以吡咯、高氯酸鋰和甲醇的碳酸丙烯酯混合溶液作為反應電解質溶液，采用階梯掃描伏安法電化學聚合反應制得聚吡咯-二氧化鈦或聚吡咯-氮化鈦復合材料；

(5)化學聚合預處理的聚吡咯-二氧化鈦-聚苯胺復合材料或化學聚合預處理的聚吡咯-氮化鈦-聚苯胺復合材料的制備：將步驟(4)制得的聚吡咯-二氧化鈦或聚吡咯-氮化鈦復合材料在苯胺、過硫酸鉀的乙腈溶液中浸泡5-15min后，倒置于水熱反應釜中，55-65℃恒溫水熱處理1-2h，制得化學聚合預處理的聚吡咯-二氧化鈦-聚苯胺復合材料或化學聚合預處理的聚吡咯-氮化鈦-聚苯胺復合材料；

(6)同軸三層納米管陣列復合材料的制備：在三電極電化學反應體系中，以步驟(5)制得的化學聚合預處理的聚吡咯-二氧化鈦-聚苯胺復合材料或化學聚合預處理的聚吡咯-氮化鈦-聚苯胺復合材料為工作電極，以苯胺、4-氯-2氨基苯甲酸和二甲基甲酰胺水溶液作為反應電解質溶液，在1000W氙燈照射下，采用階梯掃描伏安法光助電化學聚合反應制得同軸三層納米管陣列復合材料。

4.根據權利要求3所述的一種聚吡咯-二氧化鈦或氮化鈦-聚苯胺同軸三層納米管陣列復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，反應電解質溶液中，氟化銨的摩爾濃度為0.15-0.30mol/L、磷酸的摩爾濃度為0.4-0.5mol/L，甲醇的體積分數為5-8％、乙二醇的體積分數為35-45％。