[發明專利]一種具有高長徑比的導電聚合物納米管的制備方法

有效

• 申請號: 201810682281.1
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108929429B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 李娜;楊橋
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C08G73/02;C08G73/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

本申請屬于新型電化學儲能材料制備技術領域，具體涉及一種具有高長徑比的導電聚合物納米管的制備方法。本發明所提供的制備方法為：以三價鐵鹽作為氧化劑和模板源，均勻分散于氯化鈉粉末表面上，得到混合物；然后采用氣相沉積法，使均勻分散的混合物催化反應單體聚合，形成具有高長徑比的方形空心薄壁納米管；反應單體為3,4?乙烯二氧噻吩、苯胺或吡咯。與現有技術相比，通過本發明方法制備得到的納米管管壁較薄、長徑比高，具有較高的比表面積，且呈均勻陣列分布，提供了快速離子電子傳輸通道，大大提高了其導電性能，在儲能應用方面具有明顯的優勢。

技術領域

本發明屬于新型電化學儲能技術領域，具體涉及一種具有高長徑比的導電聚合物納米管的制備方法。

背景技術

導電聚合物可以作為一種高性能超級電容器電極材料，因其電化學特性的基本特征為：隨著電極電壓的增加，出現氧化狀態的連續排列，在充放電過程中發生氧化還原反應，在聚合物膜上快速產生n型或p型摻雜，從而使聚合物儲存了很高密度的電荷，產生很大的法拉第贗電容。除此之外，導電聚合物表現出來高度可逆的摻雜和脫摻雜特性、較高的室溫電導率、較大的比表面積和比重輕等特性，使得它成為超級電容器電極材料的研究重點。

導電聚合物的納米結構能夠增加聚合物活性層的比表面積，優化表面電子性能，提高電子的運輸能力，從而使得納米結構的導電聚合物的成為研究熱點。常見的制備導電聚合物的方法主要有水溶性氧化法、電化學合成法和氣相蒸發沉積法。其中，氣相蒸發聚合法能合成高電導率、具納米結構的導電聚合物。

以聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)為例，在傳統的采用氣相熱蒸發法制備PEDOT的技術方案中，非模板氣相蒸發聚合得到的PEDOT納米結構，長徑比較低；采用預制的電紡絲納米纖維作為模板，可以得到高長徑比的PEDOT納米結構，但其電導率較低；利用陽極氧化氧化鋁作為一種外部硬模板，也可以得到高長徑比納米結構，然而在制備后還需要去除模板，使得合成步驟變得復雜。因而，上述技術方案難以同時滿足導電聚合物所需的高電導率和高比表面積的要求，以及導電聚合物制備在簡化操作、降低成本方面的要求，限制了PEDOT在電化學儲能器件中的應用。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種具有高長徑比的導電聚合物納米管的制備方法。

本發明的具體技術方案如下：

一種具有高長徑比的導電聚合物納米管的制備方法，以三價鐵鹽作為氧化劑和模板源，均勻分散于氯化鈉粉末表面上，得到混合物；然后采用化學氣相沉積法，將所述混合物與反應單體反應，所述反應單體聚合形成所述具有高長徑比的納米管；

所述反應單體為3,4-乙烯二氧噻吩、苯胺或吡咯。

優選的，所述制備方法包括以下步驟：

a)將NaCl加入三價鐵鹽乙醇溶液中，攪拌至乙醇完全揮發，得到混合物；

b)將混合物均勻涂布在載體上，然后將載體置于反應體系中，加入反應單體，升溫至保溫溫度進行化學氣相沉積反應，得到第一反應產物；其中，在所述反應體系中，所述反應單體位于所述載體的正下方；

c)將所述第一反應產物置于酸溶液中，反應，過濾，干燥，得到所述具有高長徑比的導電聚合物納米管。

更優選的，步驟b)所述保溫溫度為130℃～180℃；

所述反應的時間為90min～200min。

更優選的，步驟a)所述三價鐵鹽乙醇溶液的濃度為0.15mol/L～1.5mol/L；

所述混合物中，所述NaCl與三價鐵鹽乙醇溶液的質量體積比為(1～3)g:(1～5)mL。

優選的，所述三價鐵鹽為FeCl₃·6H₂O或無水FeCl₃。