以松香酸为模板和掺杂剂制备导电聚吡咯纳米管的方法与流程

本发明属于导电高分子材料技术领域，特别涉及一种以松香酸为模板和掺杂剂制备导电聚吡咯纳米管的方法。该方法以松香酸为模板和掺杂剂，吡咯通过自组装以及化学氧化聚合制备出具有优秀电化学性能的导电聚吡咯纳米管。

背景技术：

聚吡咯纳米管作为导电高聚合物的一种，由于其具有较高的电导率，良好的化学、环境稳定性以及独特的氧化还原机理等特点，广泛的应用于传感器、防腐材料、先进电池和超级电容器的储能材料等领域。聚吡咯纳米管由于具有环保、成本低、合成简单以及高度可逆的掺杂/脱掺杂性能，具有广泛的应用前景，是目前超级电容器领域的研究热点之一。

常用的合成聚吡咯的方法主要有电化学合成法以及化学合成法。与合成量较低的电化学方法相比，化学合成法具有成本低、产量高的优势。目前，纯聚吡咯的比电容一般保持在200~400 F/g。Yang 等通过界面聚合的方法合成出的聚吡咯，在扫描速率为25 mV/s的条件下，比电容达到261 F/g（Q. Yang, Z. Hou, T. Huang. Self-assembled polypyrrole film by interfacial polymerization for supercapacitor applications[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2015, 132(11).）。Xu等通过聚吡咯与羧甲基纤维素钠复合，在盐酸的掺杂条件下，制备的电极材料，在电流密度为0.25 A/g的测试条件下，比电容为184 F/g（Y. Xu, Y. Zhang. Synthesis of polypyrrole/sodium carboxymethyl cellulose nanospheres with enhanced supercapacitor performance[J]. Materials Letters, 2015, 139: 145-148.）。

因此采用制备过程简单、可靠和环保的方法合成导电聚吡咯材料尤其是聚吡咯纳米管材料，对于其在电化学储能领域的应用具有重要而广泛的意义。松香酸在乙醇中具有良好的溶解性但不溶于水，反应后通过水洗易除去，且相对于以上各种方法具有来源广泛、价格低廉等优点，尤其是其分子链上的羧基可与吡咯分子形成强的氢键，适合作为制备导电聚吡咯纳米管材料的模板；同时，松香酸可作为聚吡咯纳米管的掺杂剂，能够有效提高聚吡咯纳米管的电化学性能。本发明以松香酸为模板和掺杂剂、过硫酸铵作为氧化引发剂、通过化学氧化聚合的方法合成导电聚吡咯纳米管，是一种简单且环保的制备方法，所得导电聚吡咯纳米管材料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。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种以松香酸为模板和掺杂剂、通过自组装技术以及化学氧化聚合的方法制备出具有优秀电化学性能的导电聚吡咯纳米管的方法。

具体步骤为：

称取松香酸加入到盛有30 mL乙醇的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，再向烧瓶中加入0.5 mL的吡咯，在冰水浴中搅拌0.5 h，接着保持冰水浴搅拌的条件下向烧瓶中逐滴加入过硫酸铵水溶液，滴加完毕后连续搅拌12 h，然后用去离子水对所得聚吡咯纳米管初产物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，将所得滤饼在50 ℃的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚吡咯纳米管。

所述松香酸与吡咯的物质的量之比为0.25~4:1；所述过硫酸铵与吡咯的物质的量之比为1:1。

本发明方法具有以下优点：

本发明制备过程简单、环保、可靠，原料来源广泛、成本低廉，适合工业化生产，且所得导电聚吡咯纳米管较低的电阻、高的比电容和能量密度等电化学性能。

本发明方法利用松香酸分子上的羧基与吡咯分子形成氢键以及以松香酸为掺杂剂来制备具有优秀电化学性能的导电聚吡咯纳米管材料，制备的聚吡咯纳米管材料具有较大的比表面积，可为氧化还原反应提供大量的反应活性点，提高电极材料的有效利用率，从而获得具有优秀电化学性能的导电聚吡咯纳米管材料，是一种理想的超级电容器电极材料。

附图说明

图1是本发明实施例5中制得的聚吡咯纳米管材料的扫描电镜图。

图2是本发明实施例5中制得的聚吡咯纳米管材料的透射电镜图。

具体实施方式

实施例1：

称取8.719 g松香酸加入到盛有30 mL乙醇的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，再向烧瓶中加入0.5 mL的吡咯，在冰水浴中搅拌0.5 h，接着保持冰水浴搅拌的条件下向烧瓶中逐滴加入过硫酸铵水溶液，滴加完毕后连续搅拌12 h，然后用去离子水对所得聚吡咯纳米管初产物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，将所得滤饼在50 ℃的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚吡咯纳米管。

所述过硫酸铵与吡咯的物质的量之比为1:1。

实施例2：

称取6.539 g松香酸加入到盛有30 mL乙醇的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，再向烧瓶中加入0.5 mL的吡咯，在冰水浴中搅拌0.5 h，接着保持冰水浴搅拌的条件下向烧瓶中逐滴加入过硫酸铵水溶液，滴加完毕后连续搅拌12 h，然后用去离子水对所得聚吡咯纳米管初产物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，将所得滤饼在50 ℃的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚吡咯纳米管。

所述过硫酸铵与吡咯的物质的量之比为1:1。

实施例3：

称取4.359 g松香酸加入到盛有30 mL乙醇的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，再向烧瓶中加入0.5 mL的吡咯，在冰水浴中搅拌0.5 h，接着保持冰水浴搅拌的条件下向烧瓶中逐滴加入过硫酸铵水溶液，滴加完毕后连续搅拌12 h，然后用去离子水对所得聚吡咯纳米管初产物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，将所得滤饼在50 ℃的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚吡咯纳米管。

所述过硫酸铵与吡咯的物质的量之比为1:1。

实施例4：

称取2.180 g松香酸加入到盛有30 mL乙醇的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，再向烧瓶中加入0.5 mL的吡咯，在冰水浴中搅拌0.5 h，接着保持冰水浴搅拌的条件下向烧瓶中逐滴加入过硫酸铵水溶液，滴加完毕后连续搅拌12 h，然后用去离子水对所得聚吡咯纳米管初产物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，将所得滤饼在50 ℃的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚吡咯纳米管。

所述过硫酸铵与吡咯的物质的量之比为1:1。

实施例5：

称取1.090 g松香酸加入到盛有30 mL乙醇的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，再向烧瓶中加入0.5 mL的吡咯，在冰水浴中搅拌0.5 h，接着保持冰水浴搅拌的条件下向烧瓶中逐滴加入过硫酸铵水溶液，滴加完毕后连续搅拌12 h，然后用去离子水对所得聚吡咯纳米管初产物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，将所得滤饼在50 ℃的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚吡咯纳米管。

所述过硫酸铵与吡咯的物质的量之比为1:1。

实施例6：

称取0.727 g松香酸加入到盛有30 mL乙醇的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，再向烧瓶中加入0.5 mL的吡咯，在冰水浴中搅拌0.5 h，接着保持冰水浴搅拌的条件下向烧瓶中逐滴加入过硫酸铵水溶液，滴加完毕后连续搅拌12 h，然后用去离子水对所得聚吡咯纳米管初产物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，将所得滤饼在50 ℃的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚吡咯纳米管。

所述过硫酸铵与吡咯的物质的量之比为1:1。

实施例7：

称取0.545 g松香酸加入到盛有30 mL乙醇的烧瓶中，室温搅拌0.5 h后，将烧瓶转置于冰水浴中，再向烧瓶中加入0.5 mL的吡咯，在冰水浴中搅拌0.5 h，接着保持冰水浴搅拌的条件下向烧瓶中逐滴加入过硫酸铵水溶液，滴加完毕后连续搅拌12 h，然后用去离子水对所得聚吡咯纳米管初产物进行洗涤、抽滤，直至滤液呈中性，将所得滤饼在50 ℃的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得导电聚吡咯纳米管。

所述过硫酸铵与吡咯的物质的量之比为1:1。