一种以蔗糖为模板制备导电聚苯胺纳米管的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于导电聚苯胺纳米管制备技术领域，特别涉及一种以蔗糖为模板制备导电聚苯胺纳米管的方法，该方法以蔗糖为模板，苯胺通过自组装以及原位聚合制备出具有纳米管状结构的导电聚苯胺。
【背景技术】
[0002]聚苯胺作为一种常见的导电聚合物，由于其制备简单，成本低廉，以及具有良好的环境稳定性和独特的物理和化学性质，常常被用于超级电容器、电池、传感器以及防腐领域，得到了世界各国科研工作者的大力关注。特别是具有纳米结构的导电聚苯胺，由于其粒径极小、比表面积大、极快的电子转移速率等性质，赋予了纳米导电聚苯胺材料具有传统块体所不具备的许多独特性能。
[0003]聚苯胺纳米管能够为电解质离子的扩散和移动提供便捷的通道，缩短离子运输的距离，从而提高离子与电极发生氧化还原反应的效率，受到了科研工作者的关注和研究。譬如以软模板法制备导电聚苯胺纳米管(Z.J.Gu, et al, Synthesis of polyanilinenanotubes with controlled rectangular or square pore shape.Mater.Lett.2014，121，12-14; ff.Chen, et al, Facile synthesis of polyaniline nanotubesusing reactive oxide templates for high energy density pseudocapacitors.J.Mater.Chem.C 2013 1，3315-3324; Μ.M.Skj et al, Synthesis of polyanilinenanotubes using the self-assembly behav1r of vitamin C: a mechanisticstudy and applicat1n in electrochemical supercapacitors.J.Mater.Chem.A 2014，2，2830-2838.)以及无模板法制备导电聚苯胺纳米管(Z.Z.Huang, et al,Preparat1n of polyaniline nanotubes by a template-free self-assembly method.Mater.Lett.2011,65, 2015-2018.)，上述各种软模板法制备的聚苯胺纳米管具有规整的管状结构且具有较好的电化学性能，但在工业化生产中存在一定的难度。无模板法制备聚苯胺具有环保、简单等优点，但是所得聚苯胺纳米管的管径大小无法可控且不规整，在一定程度上影响了聚苯胺的电化学性能。
[0004]蔗糖具有良好的水溶性，且来源丰富、价格低廉，尤其是其分子链上存在大量的羟基和羰基，可与苯胺分子形成大量的氢键，适合作为制备纳米管状材料的模板。以蔗糖作模板制备聚苯胺纳米管是一种简单且环保的制备方法，所得聚苯胺纳米管的结构规整且具有良好的电化学性能，是一种理想的超级电容器电极材料，尤其是适合工业化生产。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种以蔗糖为模板、通过自组装技术以及原位聚合的方法制备出具有规整结构和高比电容量导电聚苯胺纳米管的方法。
[0006]具体步骤为:
(I)按照以下物质的量称取原料，鹿糖:苯胺:过硫酸钱=1/15~1:1:1，其中苯胺为ImL已提纯的苯胺。
[0007](2)将步骤(I)称取的蔗糖加入到盛有30 mL去离子水的烧瓶中，室温下搅拌0.5h后，将烧瓶转置于冰水浴中，此时，向烧瓶中加入步骤(I)称取的苯胺和10 mL浓度为Imol/L的盐酸溶液，在冰水浴的条件下搅拌lh。
[0008](3)将步骤(I)称取的过硫酸铵溶于去离子水，制得过硫酸铵水溶液，然后逐滴滴加到步骤(2)制得的溶液中，在冰水浴的条件下搅拌12 h，待反应结束后，用去离子水对反应物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，所得滤饼在50 °C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚苯胺纳米管。
[0009]本发明方法制备过程简单、环保、可靠，原料来源广泛、成本低廉，适合工业化生产。本发明方法利用蔗糖分子上大量的羟基和羰基与苯胺分子形成氢键来制备具有纳米管状结构的导电聚苯胺，纳米管状结构可为电解质离子的扩散和移动提供良好的通道，使离子能够与电极材料充分的发生氧化还原反应，增大了材料的比电容、降低了内阻，从而获得具有良好电化学性能的纳米管状结构聚苯胺，本发明方法制备的聚苯胺纳米管比未使用模板制备的聚苯胺具有高的比电容量和好的耐大电流性能，是一种理想的超级电容器电极材料。
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例6制得的导电聚苯胺纳米管在不同扫描速度下的循环伏安曲线图。
[0011]图2为本发明实施例6制得的导电聚苯胺纳米管在不同电流密度下的恒流充放电曲线图。
【具体实施方式】
[0012]实施例1:
(I)称取0.250 g的蔗糖(蔗糖与苯胺的物质的量之比为1:15)，加入到盛有30 mL去离子水的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，此时，向烧瓶中加入I mL已提纯的苯胺和10 mL浓度为I mol/L的盐酸溶液，在冰水浴的条件下搅拌lh。
[0013](2)将一定量的过硫酸铵溶于去离子水，制得过硫酸铵水溶液(过硫酸铵与苯胺的物质的量之比为1:1)，然后逐滴滴加到步骤(I)制得的溶液中，在冰水浴的条件下搅拌12h，待反应结束后，用去离子水对反应物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，所得滤饼在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚苯胺纳米管。
[0014]实施例2:
(I)称取0.313 g的蔗糖(蔗糖与苯胺的物质的量之比为1:12)，加入到盛有30 mL去离子水的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，此时，向烧瓶加入I mL已提纯的苯胺和10 mL浓度为I mol/L的盐酸溶液，在冰水浴的条件下搅拌lh。
[0015](2)将一定量的过硫酸铵溶于去离子水，制得过硫酸铵水溶液(过硫酸铵与苯胺的物质的量之比为1:1)，然后逐滴滴加到步骤(I)制得的溶液中，在冰水浴的条件下搅拌12h，待反应结束后，用去离子水对反应物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，所得滤饼在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚苯胺纳米管。
[0016]实施例3:
(I)称取0.417 g的蔗糖(蔗糖与苯胺的物质的量之比为1:9)，加入到盛有30 mL去离子水的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，此时，向烧瓶加入I mL已提纯的苯胺和10 mL浓度为I mol/L的盐酸溶液，在冰水浴的条件下搅拌lh。
[0017](2)将一定量的过硫酸铵溶于去离子水，制得过硫酸铵水溶液(过硫酸铵与苯胺的物质的量之比为1:1)，然后逐滴滴加到步骤(I)制得的溶液中，在冰水浴的条件下搅拌12h，待反应结束后，用去离子水对反应物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性。最后，滤饼在50°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚苯胺纳米管。
[0018]实施例4:
(I)称取0.626 g的蔗糖(蔗糖与苯胺的物质的量之比为1:6)，加入到盛有30 mL去离子水的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，此时，向烧瓶加入I mL已提纯的苯胺和10 mL浓度为I mol/L的盐酸溶液，在冰水浴的条件下搅拌lh。
[0019](2)将一定量的过硫酸铵溶于去离子水，制得过硫酸铵水溶液(过硫酸铵与苯胺的物质的量之比为1:1)，然后逐滴滴加到步骤(I)制得的溶液中，在冰水浴的条件下搅拌12h，待反应结束后，用去离子水对反应物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，所得滤饼在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚苯胺纳米管。
[0020]实施例5:
(I)称取0.939 g的蔗糖(蔗糖与苯胺的物质的量之比为1:4)，加入到盛有30 mL去离子水的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，此时，向烧瓶加入I mL已提纯的苯胺和10 mL浓度为I mol/L的盐酸溶液，在冰水浴的条件下搅拌lh。
[0021](2)将一定量的过硫酸铵溶于去离子水，制得过硫酸铵水溶液(过硫酸铵与苯胺的物质的量之比为1:1)，然后逐滴滴加到步骤(I)制得的溶液中，在冰水浴的条件下搅拌12h，待反应结束后，用去离子水对反应物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，所得滤饼在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚苯胺纳米管。
[0022]实施例6:
(I)称取1.252 g的蔗糖(蔗糖与苯胺的物质的量之比为1:3)，加入到盛有30 mL去离子水的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，此时，向烧瓶加入I mL已提纯的苯胺和10 mL浓度为I mol/L的盐酸溶液，在冰水浴的条件下搅拌lh。
[0023](2)将一定量的过硫酸铵溶于去离子水，制得过硫酸铵水溶液(过硫酸铵与苯胺的物质的量之比为1:1)，然后逐滴滴加到步骤(I)制得的溶液中，在冰水浴的条件下搅拌12h，待反应结束后，用去离子水对反应物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，所得滤饼在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚苯胺纳米管。
[0024]实施例7:
(I)称取3.755 g的蔗糖(蔗糖与苯胺的物质的量之比为1:1)，加入到盛有30 mL去离子水的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，此时，向烧瓶加入I mL已提纯的苯胺和10 mL浓度为I mol/L的盐酸溶液，在冰水浴的条件下搅拌lh。
[0025](2)将一定量的过硫酸铵溶于去离子水，制得过硫酸铵水溶液(过硫酸铵与苯胺的物质的量之比为1:1)，然后逐滴滴加到步骤(I)制得的溶液中，在冰水浴的条件下搅拌12h，待反应结束后，用去离子水对反应物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，所得滤饼在50 V的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚苯胺纳米管。
【主权项】
1.一种以蔗糖为模板制备导电聚苯胺纳米管的方法，其特征在于具体步骤为: (1)按照以下物质的量称取原料，鹿糖:苯胺:过硫酸钱=1/15~1:1:1，其中苯胺为ImL已提纯的苯胺； (2)将步骤(I)称取的蔗糖加入到盛有30mL去离子水的烧瓶中，室温下搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，此时，向烧瓶中加入步骤(I)称取的苯胺和10 mL浓度为I mol/L的盐酸溶液，在冰水浴的条件下搅拌Ih ; (3)将步骤(I)称取的过硫酸铵溶于去离子水，制得过硫酸铵水溶液，然后逐滴滴加到步骤(2)制得的溶液中，在冰水浴的条件下搅拌12 h，待反应结束后，用去离子水对反应物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，所得滤饼在50 °C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚苯胺纳米管。
【专利摘要】本发明公开了一种以蔗糖为模板制备导电聚苯胺纳米管的方法。将一定量的蔗糖充分溶解在去离子水中，然后在冰水浴下加入已提纯的苯胺和10？mL浓度为1？mol/L的盐酸溶液，充分搅拌后逐滴加入氧化引发剂——过硫酸铵，引发苯胺聚合，在搅拌条件下反应12？h，得到具有管状结构的导电聚苯胺。本发明方法制备过程简单、环保、可靠，原料来源广泛、成本低廉，适合工业化生产，且所制得的聚苯胺纳米管比未使用模板制备的聚苯胺具有高的比电容量和好的耐大电流性能，是一种理想的超级电容器电极材料。
【IPC分类】C08G73/02, B82Y40/00
【公开号】CN105131282
【申请号】CN201510647288
【发明人】樊新, 刘铮, 文德兴, 潘显栋
【申请人】桂林理工大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年10月9日