一种网状聚苯胺纳米片及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种网状聚苯胺纳米片的制备方法，属于超级电容器电极材料技术领域，包括以下步骤：1)将醋酸钠分散于去离子水中，分散均匀后再加入苯胺单体共混，反应温度控制在20～40℃，滴加过硫酸铵水溶液，滴加完毕后，继续反应5～20h，静置；2)将步骤1)得到的产物抽滤后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，真空干燥后即得到网状聚苯胺纳米片；本发明还公开了该制备方法制得的聚苯胺。本发明的方法绿色环保且制备工艺简单；该方法制备的聚苯胺纳米片，平均直径为5～6微米，平均厚度为180～220nm，其作为超级电容器电极材料比电容可达到473.6F·g?1，同时在2～18GHz频段内吸波强度可达到?27.2dB，可广泛应用于超级电容器以及电磁屏蔽领域，具备很好的实用性。
【专利说明】
一种网状聚苯胺纳米片及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种网状聚苯胺纳米片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚苯胺是一种优良的超级电容及电磁波吸收屏蔽材料，环境稳定性好、高导电性、原料便宜、易于合成，同时具有良好的机械强度和加工性能，因此在超级电容器电极制备及电磁波吸收领域具有广阔的应用前景。
[0003]由于聚苯胺的电化学性能很大程度上依赖于其比表面积，因此提升聚苯胺的比表面积是最有效的提升其比电容值和吸波性能的方法。例如中国专利201510387659.1公开的“一种由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极及其制备方法”。该方法在酸性环境下以树状大分子为模板剂，通过化学氧化聚合得到直径lnm，长度ISnm的纳米树状聚苯胺;该聚苯胺与导电剂、粘结剂和无水乙醇共混，涂覆在不锈钢网上，经过干燥，压片后制备成超级电容器电极材料，其比电容值可达到631.7?812.5F.g—1。但是，该制备方法需要在酸性条件下以树状大分子为模板剂，且制备工艺复杂，不利于产业化应用及环境保护，从而影响该材料的广泛应用。
[0004]再如中国专利200910243308.8公开的“一种超级电容器用聚苯胺纳米纤维电极材料的制备方法”，该方法将苯胺单体和引发剂溶于二氯甲烷有机相，将氧化剂溶于无机酸掺杂剂水相，在O?30°C下界面聚合，制备聚苯胺纳米纤维，并将其应用于超级电容器电极材料，其比电容可达到549F.g—S该方法以高毒性二氯甲烷为溶剂，不利于环境保护及成本控制，从而影响产品的市场竞争力及应用范围。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明的目的在于提供一种网状聚苯胺纳米片的制备方法，不仅制备工艺简单，而且成本较低;本发明的另一目的是提供该制备方法制备的聚苯胺纳米片。
[0006]技术方案:为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种网状聚苯胺纳米片的制备方法，包括以下步骤:
[0008]I)将醋酸钠分散于去离子水中，分散均匀后再加入苯胺单体共混，反应温度控制在20?40°C，滴加过硫酸铵水溶液，滴加完毕后，继续反应5?20h，静置；
[0009]2)将步骤I)得到的产物抽滤后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，真空干燥后即得到网状聚苯胺纳米片纳米材料。
[0010]步骤I)中，所述的醋酸钠、苯胺和过硫酸铵的质量比为1:1?5.1:2.8?13.2。
[0011 ]步骤I)中，所述的醋酸钠、苯胺和过硫酸铵的质量比为1:2.75:7.4ο
[0012]将步骤2)得到的产物分散于氯化物溶液中，磁搅拌24h，然后抽滤、洗涤，真空干燥即得掺杂后的网状聚苯胺纳米片纳米材料。
[0013]所述的氯化物为盐酸，其摩尔浓度为0.01?0.05mol/L。
[0014]所述的氯化物为氯化钠或者氯化钾，其摩尔浓度为0.01?0.05mol/L。
[0015]所述的真空干燥的烘箱温度为50?70°C，时间为10?30h。
[0016]由网状聚苯胺纳米片的制备方法制备的聚苯胺纳米片，该聚苯胺纳米片平均直径为5?6微米，平均厚度为180?220nm。
[0017]发明原理:采用无毒醋酸钠为掺杂剂，在适宜的温度和适量引发剂过硫酸铵的作用下，苯胺单体在去离子水中聚合得到高比表面积平板状聚苯胺纳米材料，通过掺杂氯离子有效提升聚苯胺电导率，同时高比表面积的纳米结构具有较高的比电容和电磁损耗特性，能有效提高电存储性能，增大材料的电磁波吸收特性。
[0018]有益效果:与现有技术相比，本发明的网状聚苯胺纳米片的制备方法不仅绿色环保，且制备工艺简单、成本易控，符合当前社会经济发展绿色低碳要求;按本发明提供的方法制备的网状聚苯胺纳米片，平均直径为5?6微米，平均厚度为180?220nm，其作为超级电容器电极材料比电容可达到473.6F.g—S同时在2?18GHz频段内吸波强度可达到-27.2dB，可广泛应用于超级电容器以及电磁屏蔽领域，具备很好的实用性。
【附图说明】
[0019]图1为本发明制备的网状聚苯胺纳米片扫描电子显微镜(SEM)图；
[0020]图2为原位聚合的普通聚苯胺扫描电子显微镜(SEM)图；
[0021]图3为本发明制备的网状聚苯胺纳米片循环充放电曲线图；
[0022]图4为原位聚合的普通聚苯胺循环充放电曲线图；
[0023]图5为本发明制备的网状聚苯胺纳米片电磁波反射损耗(R-F)曲线图；
[0024]图6为原位聚合的普通聚苯胺的电磁波反射损耗(R-F)曲线图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的说明。
[0026]实施例1
[0027 ] 一种网状聚苯胺纳米片的制备方法，包括以下步骤:
[0028]I)室温下将0.17g醋酸钠分散于500ml去离子水中，磁搅拌分散均匀;再加入0.86g苯胺单体，将混合溶液持续磁搅拌60min ；将2.34g的过硫酸钱分散于500ml去离子水中；反应温度控制在200C，将过硫酸铵溶液滴加入醋酸钠和苯胺的混合溶液;滴加完毕后，继续反应5h，静置；
[0029]2)将步骤I)得到的产物去除上层清液后抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，然后在真空烘箱中50°C真空干燥30h，即得到网状聚苯胺纳米片纳米材料，其扫描电子显微镜(SEM)图如图1所示，可知其平均直径为5?6μπι，平均厚度为180?220nm;
[0030]3)将步骤2)得到的产物分散于0.lmol/L盐酸溶液中，磁搅拌24h，然后抽滤，洗涤，在50°C条件下真空干燥30h，即得到酸化处理的网状聚苯胺纳米片纳米材料。
[0031]实施例2
[0032]一种网状聚苯胺纳米片的制备方法，包括以下步骤:
[0033]I)室温下将0.51g醋酸钠分散于500ml去离子水中，磁搅拌分散均匀;再加入0.86g苯胺单体，将混合溶液持续磁搅拌60min ；将2.34g的过硫酸钱分散于500ml去离子水中；反应温度控制在25°C，将过硫酸铵溶液滴加入醋酸钠和苯胺的混合溶液;滴加完毕后，继续反应10h，静置；
[0034]2)将步骤I)得到的产物去除上层清液后抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，然后在真空烘箱中70°C真空干燥10h，即得到网状聚苯胺纳米片纳米材料；
[0035]3)将步骤2)得到的产物分散于0.2mol/L盐酸溶液中，磁搅拌24h，然后抽滤，洗涤，在70°C条件下真空干燥10h，即得到酸化处理的网状聚苯胺纳米片纳米材料。
[0036]实施例3
[0037]一种网状聚苯胺纳米片的制备方法，包括以下步骤:
[0038]I)室温下将0.85g醋酸钠分散于500ml去离子水中，磁搅拌分散均匀;再加入0.86g苯胺单体，将混合溶液持续磁搅拌60min ；将2.34g的过硫酸钱分散于500ml去离子水中；反应温度控制在300C，将过硫酸铵溶液滴加入醋酸钠和苯胺的混合溶液;滴加完毕后，继续反应15h，静置；
[0039]2)将步骤I)得到的产物去除上层清液后抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，然后在真空烘箱中60°C真空干燥24h，即得到网状聚苯胺纳米片纳米材料；
[0040]3)将步骤2)得到的产物分散于0.3mol/L盐酸溶液中，磁搅拌24h，然后抽滤，洗涤，在60°C条件下真空干燥24h，即得到酸化处理的网状聚苯胺纳米片纳米材料。
[0041 ] 实施例4
[0042]—种网状聚苯胺纳米片的制备方法，包括以下步骤:
[0043]I)室温下将0.51g醋酸钠分散于500ml去离子水中，磁搅拌分散均匀;再加入1.40g苯胺单体，将混合溶液持续磁搅拌60min ；将3.78g的过硫酸钱分散于500ml去离子水中；反应温度控制在25°C，将过硫酸铵溶液滴加入醋酸钠和苯胺的混合溶液;滴加完毕后，继续反应20h，静置；
[0044]2)将步骤I)得到的产物去除上层清液后抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，然后在真空烘箱中60°C真空干燥24h，即得到网状聚苯胺纳米片纳米材料；
[0045]3)将步骤2)得到的产物分散于0.lmol/L氯化钠溶液中，磁搅拌24h，然后抽滤，洗涤，在60°C条件下真空干燥24h，即得到酸化处理的网状聚苯胺纳米片纳米材料。如图3所示网状聚苯胺纳米片循环充放电曲线图，采用IA.g—1电流对其进行循环充放电测试时，其比电容可达到473.6F.g-、
[0046]实施例5
[0047 ] 一种网状聚苯胺纳米片的制备方法，包括以下步骤:
[0048]I)室温下将0.51g醋酸钠分散于500ml去离子水中，磁搅拌分散均匀;再加入1.94g苯胺单体，将混合溶液持续磁搅拌60min ；将5.22g的过硫酸钱分散于500ml去离子水中；反应温度控制在25°C，将过硫酸铵溶液滴加入醋酸钠和苯胺的混合溶液;滴加完毕后，继续反应20h，静置；
[0049]2)将步骤I)得到的产物去除上层清液后抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，然后在真空烘箱中60°C真空干燥24h，即得到网状聚苯胺纳米片纳米材料；
[0050]3)将步骤2)得到的产物分散于0.lmol/L氯化钾溶液中，磁搅拌24h，然后抽滤，洗涤，在60°C条件下真空干燥24h，即得到酸化处理的网状聚苯胺纳米片纳米材料。
[0051]对比例
[0052]I)室温下配制0.0lmol/L盐酸溶液500ml，加入1.40g苯胺单体，将混合溶液持续磁搅拌60min;将3.78g的过硫酸铵分散于500ml去离子水中；反应温度控制在25°C，将过硫酸铵溶液滴加入盐酸和苯胺的混合溶液;滴加完毕后，继续反应20h，静置；
[0053]2)将步骤I)得到的产物去除上层清液后抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，然后在真空烘箱中60°C真空干燥24h，即得到普通聚苯胺纳米材料。图2所示为树枝状结构聚苯胺，平均直径为50?200nm，平均长度为10?20μπι。图4为普通聚苯胺循环充放电曲线图，其比电容值最大只有288.lF/g;图6为普通聚苯胺在2-18GHZ频段内电磁波反射损耗(R-L)曲线图，其反射损耗最大值只有-13.6dB。可知，盐酸掺杂制备普通树枝状聚苯胺形貌杂乱无章，并且其比电容值及电磁波吸收性能也较差。
【主权项】
1.一种网状聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将醋酸钠分散于去离子水中，分散均匀后再加入苯胺单体共混，反应温度为20?400C，滴加过硫酸铵水溶液，滴加完毕后，继续反应5?20h，静置； 2)将步骤I)得到的产物抽滤后，洗涤至滤液呈无色，真空干燥后即得到网状聚苯胺纳米片。2.根据权利要求1所述的网状聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于:步骤I)中，所述的醋酸钠、苯胺和过硫酸铵的质量比为1:1?5.1:2.8?13.2。3.根据权利要求2所述的网状聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于:步骤I)中，所述的醋酸钠、苯胺和过硫酸铵的质量比为I:2.75:7.4o4.根据权利要求1所述的网状聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于:将步骤2)得到的产物分散于氯化物溶液中，磁搅拌、抽滤、洗涤，真空干燥即得掺杂后的网状聚苯胺纳米片纳米材料。5.根据权利要求4所述的网状聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于:所述的氯化物为盐酸，其摩尔浓度为0.01?0.05mol/L。6.根据权利要求4所述的网状聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于:所述的氯化物为氯化钠或者氯化钾，其摩尔浓度为0.01?0.05mol/L。7.根据权利要求1或4所述的网状聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于:所述的真空干燥的烘箱温度为50?70 °C，时间为1?30h。8.由权利要求1?6中任意一项所述的网状聚苯胺纳米片的制备方法制备的网状聚苯胺纳米片，其特征在于:该聚苯胺纳米片平均直径为5?6微米，平均厚度为180?220nm。
【文档编号】C08G73/02GK105949459SQ201610344759
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】刘健
【申请人】合肥师范学院, 刘健