[發明專利]聚苯胺納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710545922.4
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107446132B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 白利忠;馮銳銳;武超;邱鴻林;張志毅
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C08G73/02
• 分類號: C08G73/02;C25B3/00
• 代理公司: 14100 太原科衛專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 朱源

本發明公開了一種聚苯胺納米材料的制備方法，具體為一種在低共熔溶劑中電化學合成聚苯胺納米材料的方法，屬于材料制備技術領域。該方法如下：首先將季銨鹽與有機酸真空干燥，加熱混合制備得到低共熔溶劑；其次在低共熔溶劑中加入苯胺單體配置成電解質溶液；最后在鉑片電極和飽和甘汞電極組成的三電極體系中，采用低共熔溶劑電解液進行電化學聚合，將工作電極上附著的墨綠色產物進行洗滌干燥，制得聚苯胺納米材料。本發明方法具有反應工藝簡單、可控、廉價等優勢。同時制備的聚苯胺納米材料具有良好的電化學活性，四探針測試儀測得聚苯胺的電導率為0.1~5 S cm^?1，在超級電容器、金屬防腐、電磁屏蔽、微波吸收等領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于導電高分子材料領域，具體為一種聚苯胺納米材料的制備方法，適用于高分子材料領域聚苯胺材料的制造與應用。

背景技術

聚苯胺作為一種導電高分子材料，具有優異的導電性，高存儲電荷的能力和良好的環境穩定性等優點，在超級電容器、金屬防腐、電磁屏蔽、微波吸收、電致變色等領域展現出很好的應用前景，受到研究者的廣泛關注。其中，電化學聚合是合成聚苯胺最常用的方法之一，一般在質子酸水溶液介質中(如硫酸、鹽酸溶液)苯胺單體采用恒電流、恒電位、循環伏安法通過電化學聚合反應制得；然而，有效利用聚苯胺的問題主要在于其電導率較低、溶解性較差。目前通過有機酸或無機酸的水溶液進行摻雜并取得了良好的成效，但是其內阻還是相對較高。因此，需要改進現有技術中聚苯胺的制備方法來改善其導電性和加工性。

發明內容

本發明為了解決現有技術制造出的聚苯胺電導率較低、溶解性較差且內阻較高的問題，提供了一種在低共熔溶劑中電化學合成聚苯胺納米材料的方法，提高了聚苯胺納米材料的性能，而且可以廣泛應用。

本發明是通過如下技術方案來實現的：一種聚苯胺納米材料的方法，包括以下步驟：

①將季銨鹽與有機酸真空干燥，然后加熱混合制備得到低共熔溶劑；

②在低共熔溶劑中加入苯胺單體配制低共熔溶劑電解質溶液；

③在鉑片電極和飽和甘汞電極組成的三電極體系中，采用循環伏安法對低共熔溶劑電解液進行電化學聚合，將工作電極上附著的墨綠色產物進行洗滌干燥，制得聚苯胺納米材料。

優選的，步驟①中的季銨鹽為氯化膽堿或甜菜堿。

優選的，步驟①中的有機酸為十二烷基苯磺酸、對甲苯磺酸、水楊酸、檸檬酸、酒石酸或琥珀酸。

優選的，步驟①中，季銨鹽與有機酸的摩爾比為(1~8)：1。

優選的，步驟①中，季銨鹽與有機酸在80℃~100℃加熱混合制備得到低共熔溶劑。由于季銨鹽含量越高，所需要的溫度越高，因此將二者摩爾比與溫度結合起來，綜合考慮得出上述摩爾比容量與溫度的結果。

優選的，步驟②中，低共熔溶劑電解質溶液的苯胺單體濃度為0.1~1mol/L。

優選的，步驟③中，采用循環伏安法電化學合成聚苯胺，電壓范圍-0.2-1.8V，聚合溫度20-60℃，聚合時間0.5-2h。

本發明提供了一種在低共熔溶劑中電化學合成聚苯胺納米材料的制備方法，本方法利用了低共熔溶劑具有較寬的電化學窗口(0.6-3.0V)和高的電導率(0.03-52 mS cm^-1)等物理化學性質，采用季銨鹽與有機酸混合的低共熔溶劑與苯胺單體組成電解質溶液，在鉑片電極和飽和甘汞電極組成的三電極體系中，采用循環伏安法進行電化學聚合，將工作電極上附著的墨綠色產物進行洗滌干燥，制得聚苯胺納米材料。