[發明專利]一種導電聚苯胺包覆聚酰亞胺基多孔有機納米復合纖維膜

有效

• 申請號: 201811632374.X
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109736092B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 繆月娥;周春楊;劉天西;周剛勇;莫璐璐;宗偉
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06M15/61
• 分類號: D06M15/61;D04H1/4382;D04H1/728;D06C7/04;D01D5/00;D01F6/94;D01F1/09;H01M4/36;H01M4/60;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/054;H01G11/24;H01G11/48
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王婧

本發明提供了一種導電聚苯胺包覆聚酰亞胺基多孔有機納米復合纖維膜。所述的導電聚苯胺包覆聚酰亞胺基多孔有機納米復合纖維膜的制備方法，其特征在于，包括：靜電紡絲制備聚酰胺酸/聚丙烯腈/多壁碳納米管/聚甲基丙烯酸甲酯復合纖維膜；在氮氣氣氛下進行熱亞胺化和低溫碳化，制備得到碳化后的聚酰亞胺基多孔有機納米纖維膜；將所得的聚酰亞胺基多孔有機納米纖維膜原位生長聚苯胺；用去離子水洗滌，置于真空烘箱干燥，得到導電聚苯胺包覆聚酰亞胺基多孔有機納米復合纖維膜。本發明所制備的導電聚苯胺包覆聚酰亞胺基多孔有機納米復合纖維膜是制備高性能超級電容器、柔性鋰/鈉離子電池等新能源器件的理想電極材料。

技術領域

本發明屬于有機聚合物-新能源技術領域，具體涉及一種導電聚苯胺包覆聚酰亞胺基多孔有機納米復合纖維膜可作為高性能超級電容器、柔性鋰/鈉離子電池等新能源器件的理想電極材料。

背景技術

靜電紡氮摻雜碳纖維的表面和內部都呈現出高密度孔結構，且纖維較疏松。氮摻雜碳納米纖維還擁有碳材料所具有的優異物理化學性能，如優異的力學性能、耐酸堿、高比表面積、高導電性等特點。且納米纖維的小尺寸效應、表面效應等特殊性能在氮摻雜碳納米纖維上也有所體現。這些優異的性能使其應用非常廣泛，尤其是在表面吸附、催化劑載體、能量轉換與儲存的基底材料等方面得到了充分的應用。靜電紡絲裝置一般由高壓電源、注射器和收集器三部分組成。當施加高電壓時，注射器針頭的帶電聚合物液滴會經受表面電荷斥力和外部電場庫侖力，在兩種力的作用下液滴噴射而出，隨著溶劑的揮發，形成納米纖維并被收集器收集。靜電紡絲技術因其簡單、經濟、可連續大量制備納米纖維而成為目前納米纖維制備的最主要方法之一。

聚酰亞胺分子中有非常穩定的芳香雜環結構，使其表現出其他高分子材料無法比擬的優異性能。此外，其豐富的羰基和高共軛結構使其在作為電化學活性組分時表現出高的理論比容量。與其他小分子羰基化合物相比，聚酰亞胺在電化學循環過程中表現出更好的穩定性和更寬的電化學窗口。質子摻雜聚苯胺具有高的電導率，并且具有較高的比容量。通過質子摻雜聚苯胺的包覆可有效提高纖維膜的導電性和循環穩定性。因此，將聚苯胺與聚酰亞胺基多孔有機納米纖維進行復合是很有實際意義的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備過程環保、制備成本低廉、電化學性能優異的導電聚苯胺包覆聚酰亞胺基多孔有機納米復合纖維膜及其制備方法和應用。

為了達到上述目的，本發明提供了一種導電聚苯胺包覆聚酰亞胺基多孔有機納米復合纖維膜的制備方法，其特征在于，包括：

步驟1：將聚丙烯腈粉末、聚酰胺酸、聚甲基丙烯酸甲酯、多壁碳納米管分別加入到N,N-二甲基甲酰胺溶劑中，將所得的分散液混合，持續攪拌，得到均一的分散液；

步驟2：將得到的分散液進行靜電紡絲，制備得到聚酰胺酸/聚丙烯腈/多壁碳納米管/聚甲基丙烯酸甲酯復合纖維膜；

步驟3：將所得的復合纖維膜在氮氣氣氛下進行熱亞胺化和低溫碳化，制備得到聚酰亞胺基多孔有機納米纖維膜；

步驟4：將所得的聚酰亞胺基多孔有機納米纖維膜置于苯胺溶液中，然后加入過硫酸銨，進行反應；

步驟5：將步驟4所得的纖維膜用去離子水洗滌，置于真空烘箱干燥，得到導電聚苯胺包覆聚酰亞胺基多孔有機納米復合纖維膜。

優選地，所述的聚酰胺酸的制備步驟包括：先將合成聚酰亞胺的單體二元胺溶于極性溶劑，然后加入另一單體二元酐，繼續反應一段時間，制備得到聚酰胺酸溶液，利用旋轉蒸發儀除去溶劑并置于烘箱烘干后得到聚酰胺酸粉末。

更優選地，所述的二元酐單體為1,4,5,8-萘四甲酸酐(NTCDA)；所述二元胺為對苯二胺(PDA)。

優選地，所述的靜電紡絲過程的工藝參數為：靜電場電壓15～25kV，紡絲速度0.08～0.1mm min^-1，接收距離25～30cm。