[發明專利]一種導電聚合物碳材料復合薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201910324748.X
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110033952B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 李閩
• 申請（專利權）人: 武漢商學院
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 王瑩

本發明公開了一種導電聚合物碳材料復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：步驟1)、羥基化多壁碳納米管的膠體水溶液的制備；步驟2)、碳納米管油/水界面組裝；步驟3)、導電聚合物碳材料復合薄膜的電化學合成；本發明的PPY/FCNTs復合膜實現了PPY與CNTs性能互補，提高復合膜整體導電性，電荷遷移速率及穩定性，同時復合膜特殊的三維網狀結構，有助于充放電過程中電子離子的遷移，使得儲能性能明顯增強。

技術領域

本發明涉及導電薄膜制備領域。更具體地說，本發明涉及一種導電聚合物碳材料復合薄膜的制備方法。

背景技術

導電聚合物，如聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)，聚3,4-乙撐二氧噻吩(PEDOT)等，在摻雜態下具有良好的導電性、高電荷儲存能力、環境友好穩定性以及優良的可逆性^[1-3]等特點，被廣泛用于能量存儲等領域，如超級電容器、太陽能電池等。然而導電聚合物電極材料在充放電過程中容易發生溶脹和收縮的現象，使得導電聚合物基電極在循環使用過程中，力學性能變差，電容性能衰減。目前將具有大比表面積、高導電性及良好循環穩定性的納米材料引入導電聚合物，合成導電聚合物復合材料是提高導電聚合物循環性能及比電容的有效途徑之一。碳納米管(CNTs)為多層碳原子套構而成的同軸空心管體，導電和力學性能優異，同時具有大比表面積與良好的雙電層電容，與導電聚合物復合可有效提高導電聚合物的比電容、快速充放電性能與循環穩定性。

目前導電聚合物與CNTs復合材料的合成常以羧基化CNTs為模板，通過化學或電化學方法將聚合物單體在CNTs表面聚合。化學法合成的產物為粉末狀，需要經過抽濾、分離等繁瑣過程，在電極制作過程中還需加入粘接劑，導致材料導電性降低。而電化學法制備導電聚合物/CNTs復合物的方法主要分為兩種：一是將導電聚合物直接電沉積在CNTs修飾的電極表面或陣列上；二是將CNTs進行化學修飾或改性，使聚合物單體分散在CNTs的水溶液中，電化學原位共沉積復合材料。但是用這兩種方法合成復合物很難精確控制其中CNTs的含量與分散性，同時合成產物大小會受到電極大小的限制。

發明內容

為了實現以上目的，本發明提供一種導電聚合物碳材料復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1)、羥基化多壁碳納米管的膠體水溶液的制備

將多壁碳納米管與酸混合，并加熱回流，冷卻后抽濾，并用去離子水洗滌至中性，干燥，得到羥基化多壁碳納米管，并將之超聲分散在純水中，得到既定濃度的羥基化多壁碳納米管的膠體水溶液；

步驟2)、碳納米管油/水界面組裝

依次加入有機溶液和酸的水溶液，形成油/水界面，再向其中加入羥基化多壁碳納米管的膠體水溶液，機械振蕩，羥基化多壁碳納米管從水相轉移到油/水界面，起初在油/水界面形成乳泡，靜置等待乳泡破裂融合，在油/水界面上形成一層柔性的羥基化多壁碳納米管薄膜；

步驟3)、導電聚合物碳材料復合薄膜的電化學合成

將吡咯投入步驟2)的有機溶液中，靜置，直至形成平整穩定的油/水界面，將將直徑0.5mm的Pt工作電極緩慢垂直插入油/水界面，使Pt工作電極在兩相中浸入的長度相等；以鉑環電極為對電極，硫酸亞汞電極為參比電極，將對電極與參比電極分別插入上層水溶液中，調整Pt工作電極使其位于鉑環電極中心，參比電極靠近Pt工作電極；采用恒電位法電化學合成目標產物導電聚合物碳材料復合薄膜。

優選的是，所述的導電聚合物碳材料復合薄膜的制備方法，步驟1)中，多壁碳納米管與酸的比例為2g多壁碳納米管配比100ml酸；

其中，酸為體積1:3的濃硫酸與濃硝酸。

優選的是，所述的導電聚合物碳材料復合薄膜的制備方法，步驟1)中加熱溫度130-150℃。