一種形貌可控的碳材料/導電聚合物的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料生產技術領域，具體涉及碳材料與導電的聚合物制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器中，使用最多的電極材料就是具有多孔結構及高比表面積的碳材料。至今報道過的碳材料有活性炭、碳纖維、炭黑、炭氣凝膠、碳納米管以及石墨烯等。碳基材料利用雙電層儲能，即插入電解液中的電極表面與溶液兩側會分布電荷數量相等而符號相反的離子層，在溶液中和電極上形成了兩個電荷層，這就是常說的雙電層，從而相間產生電位差，因此可通過增大碳材料的比表面積來增大電容器的比電容。
[0003]近年來，金屬氧化物以其良好的電化學性能備受關注；而導電聚合物則以良好的電子導電性、小內阻及高比容量等優(yōu)勢迅速升溫。通過近年來超級電容器電極材料的研究方向可以看出，電極材料的發(fā)展趨勢主要有兩個方向:(1)材料的復合化:利用不同材料間的協(xié)同作用，通過不同材料間的復合、摻雜等方式，以期得到性能優(yōu)異的電極材料。(2)材料的納米化:納米級材料不僅具有高的比表面積，而且可以改善電子、離子傳輸擴散路徑，從而提尚電極性能。
[0004]因此，可以預期納米級復合材料在超級電容器中的應用具有較好前景。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種形貌可控的碳材料/導電聚合物的制備方法。
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
1)制備導電聚合物聚苯胺(PANI):將苯胺單體與鹽酸水溶液混合，再加入過硫酸銨進行反應，待反應結束后離心，取固相洗滌、烘干，取得聚苯胺；
2)制備聚β環(huán)糊精/聚苯胺:超聲條件下，將聚β環(huán)糊精分散于去離子水中，然后加入濃鹽酸和苯胺單體，待反應結束后再加入過硫酸銨繼續(xù)反應，反應結束后離心，取固相洗滌、烘干，取得聚β環(huán)糊精/聚苯胺；
3)制備碳材料/導電聚合物:將碳納米管和聚β環(huán)糊精混合研磨后，超聲條件下分散于去離子水中，然后再加入濃鹽酸和苯胺單體、過硫酸銨，進行攪拌反應，反應結束后離心，取固相洗滌、烘干，取得碳材料/導電聚合物。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是:采用的儀器設備簡單，制備成本低，操作過程簡便，反應過程所需材料低毒、無害，且可以有效的控制復合材料的形貌，獲得高純度的二元超級電容器納米材料。制成的二元超級電容器納米材料，直徑50?200nm，長度100?300nm，形貌均一，具有極大的比表面積。
[0008]另外，本發(fā)明所述步驟1)中反應在反應體系的溫度為30?50°C條件下進行，所制備的聚苯胺形貌均一，在進一步制備碳納米管/聚苯胺的過程中很好的控制了形貌。
[0009]所述步驟2 )中，所述超聲的頻率為50?55KHz。反應在反應體系的溫度為30?50°C條件下進行?？杀Ｕ戏磻锬芫鶆虻姆稚⒃谌軇┲?，充分接觸，反應完全。
[0010]所述步驟2)中，所述碳納米管、β環(huán)糊精單體和苯胺單體的投料比為0.05?
0.lg: 0.5?1.0g: 10?200uL。該比例下所合成的復合物碳納米管/聚苯胺，碳納米管進入聚β環(huán)糊精的空腔，利用聚β環(huán)糊精的內疏水外親水的性質，將苯胺單體上的氨基負載在其表面，從而制備出碳納米管/聚苯胺二元復合物。
[0011]步驟3)中，反應在反應體系的溫度為20?60°C條件下進行，所述苯胺單體和聚β環(huán)糊精的投料摩爾比為0.3?2: 1。該設計能夠保證苯胺在聚β環(huán)糊精外層均勻分散，有利于合成分散度較高的聚苯胺。
[0012]另外，上述步驟1)，2)和3)中，干燥的溫度條件分別為50?80°C，此溫度條件下，水分得到較好的去除，且對產物無不良影響。
【附圖說明】
[0013]圖1、圖2分別為不同放大倍數下碳納米管的透射電鏡圖。
[0014]圖3為制備的純聚苯胺的透射電鏡圖。
[0015]圖4為制備的聚β環(huán)糊精/聚苯胺的透射電鏡圖。
[0016]圖5、圖6分別為不同比例下聚苯胺/碳納米管的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0017]—、為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例對本發(fā)明進行詳細地說明。
[0018]實施例1 1、制備聚苯胺:
在水浴條件下，機械攪拌，向一定的水溶液中加入4?6mL濃鹽酸，待攪拌均勻后，加入30uL苯胺單體，待3?6小時之后，加入0.3?0.5g的過硫酸銨，繼續(xù)反應10?16h，所得產物離心洗滌，烘干之后即得產物聚苯胺。
[0019]2、制備聚β環(huán)糊精/聚苯胺(β CDP/PANI):
稱取0.5?l.0g聚β環(huán)糊精于去離子水中，超聲分散均勻，在水浴條件下機械攪拌，向其中加入濃鹽酸，待攪拌均勻后，加入30uL苯胺單體，待3?6小時之后，加入0.3?0.5g的過硫酸銨，繼續(xù)反應10?16h，所得產物離心洗滌，烘干之后即得產物聚β環(huán)糊精/聚苯胺(β CDP/PANI)ο
[0020]3、制備碳材料導電聚合物(PANI/CNT):
稱取0.05?0.lg的碳納米管與0.5?1.0g的聚β環(huán)糊精于研缽中，研磨均勻，于水中超聲分散均勻，轉為機械攪拌，水浴反應，加入一定量的濃鹽酸，攪拌一段時間，加入30uL苯胺單體，攪拌3?6h，加入0.3?0.5g的過硫酸銨，持續(xù)反應10?16h，所得產物離心洗滌，烘干即得不同比例的產物碳納米管-聚苯胺復合物。
[0021]實施例2
1、制備聚苯胺:
在水浴條件下，機械攪拌，向一定的水溶液中加入4?6mL濃鹽酸，待攪拌均勻后，加入50uL苯胺單體，待3?6小時之后，加入0.3?0.5g的過硫酸銨，繼續(xù)反應10?16h，所得產物離心洗滌，烘干之后即得產物聚苯胺； 2、制備聚β環(huán)糊精/聚苯胺(β CDP/PANI):
稱取0.5?1.0g聚β環(huán)糊精于去離子水中，超聲分散均勻，在水浴條件下機械攪拌，向其中加入濃鹽酸，待攪拌均勻后，加入50uL苯胺單體，待3?6小時之后，加入0.3?0.5g的過硫酸銨，繼續(xù)反應10?16h，所得產物離心洗滌，烘干之后即得產物聚β環(huán)糊精/聚苯胺(β CDP/PANI)ο
[0022]3、制備碳材料導電聚合物(PANI/CNT):
稱取0.05?0.lg的碳納米管與0.5?1.0g的聚β環(huán)糊精于研缽中，研磨均勻，于水中超聲分散均勻，轉為機械攪拌，水浴反應，加入一定量的濃鹽酸，攪拌一段時間，加入50uL苯胺單體，攪拌3?6h，加入0.3?0.5g的過硫酸銨，持續(xù)反應10?16h，所得產物離