[發明專利]一步制備聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極的方法

有效

• 申請號: 201811121256.2
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109192552B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 趙建玲;肖甜甜;王西新;李子慶;王曉柳
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/46;H01G11/48;B82Y30/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種一步制備聚苯胺?二氧化鈦納米管陣列復合電極的方法。該方法包括以下步驟：向混合溶劑中加入氟化銨、苯胺和濃硫酸，攪拌溶解，得到混合溶液；以此混合溶液為電解液，金屬鈦片作陽極，鉑片作陰極，在0?10℃、20?50V下陽極氧化1?5小時；再將氧化后的陽極極片用去離子水洗滌，烘干，即得聚苯胺?二氧化鈦納米管陣列復合電極。本發明極大地簡化了工藝步驟，縮短了工藝流程，得到的電極性能優異。

技術領域：

本發明屬于電化學領域，特別涉及一種聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極的制備方法。

背景技術：

電能是當今世界最重要的能源，超級電容器是一種電能存儲裝置，它具有功率容量高、儲能快、使用壽命長等優點，在新能源汽車、航空航天、城市軌道交通、太陽能能源系統、智能電網和軍用設備等方面具有重要應用。

電極的組成、形貌和制備方法等對超級電容器的性能有很大影響，因此，關于超級電容器電極的制備受到廣泛關注。為了獲得性能更好的電極，人們采用不同的方法將兩種及兩種以上的材料復合在一起，制備出許多復合電極，以實現材料的優勢互補。

聚苯胺是一種導電聚合物，可用作贗電容材料，其缺點是電化學穩定性和循環穩定性較差，這限制了它在電容器領域的廣泛應用。結構高度有序的二氧化鈦納米管陣列具有較大的比表面積和較好的化學穩定性，將聚苯胺與二氧化鈦納米管陣列復合在一起所制備的聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極表現出了優異的性能。

關于聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極的制備方法已有報道，例如，《Energy》(2015,87，P578-585)報道了一種聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極的制備方法，先通過陽極氧化法制備出二氧化鈦納米管陣列，將陣列高溫煅燒，然后通過循環伏安法將聚苯胺納米線沉積在二氧化鈦納米管陣列上制得復合電極。《Nanoscale》(2011,3，P2202-2207)報道了一種聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極的制備方法，先通過陽極氧化法制備出二氧化鈦納米管陣列，將所得陣列在高溫下退火，然后通過恒電勢電沉積法將聚苯胺沉積到二氧化鈦納米管陣列上制得復合電極。《Electrochimica Acta》(2014,120，P408-415)報道了一種聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極的制備方法，先通過陽極氧化法制備出二氧化鈦納米管陣列，將二氧化鈦納米管陣列在高溫下煅燒后，在水蒸氣中蒸氣處理，然后在含有3-氨丙基三乙氧基硅烷的丙酮溶液中浸泡靜置，清洗烘干；在含有苯胺單體和鹽酸的水溶液中攪拌1小時，再在含有苯胺單體、鹽酸和過硫酸銨的水溶液中攪拌30min，在室溫下靜置4小時，清洗烘干，得到復合電極。

這些方法都是先通過陽極氧化法制備二氧化鈦納米管陣列，然后采用不同的方法和工藝過程將聚苯胺沉積到二氧化鈦納米管陣列中制備聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極，復合電極的制備工藝比較復雜，產生的廢液較多；由于氧化鈦與苯胺、聚苯胺之間存在界面張力，納米管管徑較小，納米管內部不能被單體溶液完全浸潤，生成的聚苯胺難以充分覆蓋納米管的內表面，聚苯胺與氧化鈦之間結合力較弱，導致復合電極的循環穩定性能仍然偏低。

發明內容：

本發明針對當前技術中存在的聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極的制備需要分多步進行、電極的循環穩定性能偏低等缺點，提供一種復合電極的制備方法。該方法通過在常用電解液中添加苯胺和硫酸等試劑、并調整工藝參數，只需經過一步陽極氧化即可制備出聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極。本發明極大地簡化了工藝步驟，縮短了工藝流程，得到的電極性能優異。

本發明的技術方案是：

一種一步制備聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極的方法，包括以下步驟：

向混合溶劑中加入氟化銨、苯胺和濃硫酸，攪拌溶解，得到混合溶液；以此混合溶液為電解液，金屬鈦片作陽極，鉑片作陰極，陽極與陰極間距離為2cm，在0-10℃、20-50V的條件下陽極氧化1-5小時；反應結束后，將氧化后的陽極極片用去離子水洗滌，烘干，即得聚苯胺-二氧化鈦納米管陣列復合電極；