[發(fā)明專利]一種嵌入納米金顆粒的納米多孔金薄膜及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810993279.6
• 申請(qǐng)日: 2018-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109192537A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯瑩;楊云強(qiáng);章海霞;閆曉麗;張華;趙鵬宇;郭俊杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/30
• 分類號(hào): H01G11/30;H01G11/48
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發(fā)明公開(kāi)了一種嵌入納米金顆粒的納米多孔金薄膜及其制備方法。上述薄膜包括一個(gè)復(fù)合薄膜材料的結(jié)構(gòu)單元；所述復(fù)合薄膜材料的結(jié)構(gòu)單元包括由下而上順次層疊排列的納米多孔金薄膜層、聚吡咯層以及嵌入到聚吡咯層中的納米金顆粒。其制備方法為：步驟一：制備納米多孔金薄膜；步驟二：制備聚吡咯/納米多孔金復(fù)合薄膜；步驟三：制備嵌入納米金顆粒的納米多孔金薄膜。本發(fā)明制備的嵌入納米金顆粒的納米多孔金薄膜電極具有超高比電容和出色的循環(huán)穩(wěn)定性；非平衡金摻雜的方法明顯改善了聚吡咯的電子電導(dǎo)率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種嵌入納米金顆粒的納米多孔金薄膜及其制備方法，屬于金屬薄膜材料的制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源與可再生能源發(fā)電和智能電網(wǎng)建設(shè)所急需的核心技術(shù)之一，可推動(dòng)清潔能源大規(guī)模利用，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)與節(jié)能減排。超級(jí)電容器代表了儲(chǔ)能技術(shù)的主要研究方向。超級(jí)電容器體系中，電極材料是決定性能好壞的關(guān)鍵。而聚吡咯由于其良好的電化學(xué)性能和物理性能使其在儲(chǔ)能設(shè)備中具有良好的發(fā)展前景。但是，聚吡咯的高比電容只能以幾十納米的低維薄膜和低負(fù)載量的小納米顆粒的形式實(shí)現(xiàn)。而且，由于其固有導(dǎo)電率低，將負(fù)載量增加到臨界值時(shí)會(huì)導(dǎo)致其比電容急劇下降。這些因素嚴(yán)重限制了聚吡咯在超級(jí)電容器中的實(shí)際應(yīng)用。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，選擇導(dǎo)電性能良好，比表面積較大的碳納米管、石墨烯等作為基體材料與聚吡咯進(jìn)行復(fù)合，在導(dǎo)電基體的作用下，導(dǎo)電率可以增加。在以前的工作中，我們制造了基于納米多孔金的超級(jí)電容器，可以明顯提高電位窗口，進(jìn)一步提高聚吡咯的電化學(xué)性能。這樣使納米多孔金不僅作為基底，同時(shí)作為活性材料，在保證高電導(dǎo)率的前提下提高材料的物理機(jī)械性能。而且從基體材料角度看，納米多孔金薄膜具有高導(dǎo)電率、高比表面積、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。而且其厚度在100 nm左右，不僅是小型超級(jí)電容器電極材料的極佳選擇，成本也相對(duì)低廉。盡管如此，由于聚吡咯層的厚度依然限制了其導(dǎo)電率。所以即使使用高導(dǎo)電率的基底，仍然難以獲得高電化學(xué)性能的聚吡咯電極材料。

因此在保證聚吡咯電極材料優(yōu)異的物理機(jī)械性能的情況下，獲得高導(dǎo)電率、高電化學(xué)性能的聚吡咯儲(chǔ)能材料成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種嵌入納米金顆粒的納米多孔金薄膜及其制備方法，解決了聚吡咯儲(chǔ)能材料導(dǎo)電率低、內(nèi)阻大、電容性能差以及循環(huán)率低的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明所用摻雜法被認(rèn)為可以進(jìn)一步改善導(dǎo)電聚合物的性能。通過(guò)使用非平衡摻雜的方法將納米金顆粒嵌入到聚吡咯層中來(lái)提高聚吡咯的固有電導(dǎo)率和比電容性能，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用是很有利的。雖然使用導(dǎo)電性能良好、比表面積較大的基體材料與聚吡咯進(jìn)行復(fù)合可以明顯提高聚吡咯的電導(dǎo)率，但是，仍然無(wú)法解決聚吡咯層厚度增加后電導(dǎo)率下降的問(wèn)題，為了改善這個(gè)問(wèn)題，可以嵌入導(dǎo)電性良好且同樣為納米級(jí)別的金顆粒，來(lái)降低系統(tǒng)的內(nèi)阻從而提高聚吡咯的電導(dǎo)率，以獲得更好的電容性能。這樣納米多孔金薄膜的存在可以提高材料的物理機(jī)械性能，嵌入的納米金顆粒可以提高材料的電導(dǎo)率和比電容。

本發(fā)明提供了一種嵌入納米金顆粒的納米多孔金薄膜，包括一個(gè)復(fù)合薄膜材料的結(jié)構(gòu)單元；所述復(fù)合薄膜材料的結(jié)構(gòu)單元包括由下而上順次層疊排列的納米多孔金薄膜層（厚度為100nm）、聚吡咯層（厚度為10—50nm）以及嵌入到聚吡咯層中的納米金顆粒（尺寸為20—30nm）。