一种简单可控的制备空心球聚苯胺材料的新方法

1.本发明涉及技术领域，尤其涉及一种简单可控的制备空心球聚苯胺材料的新方法。


背景技术：

2.聚苯胺(pani)是一种重要的高分子有机导电聚合物。它在超级电容器，有机催化，气体传感器和其他领域中起着重要作用。不同的聚合方法可以合成具有不同形态的聚苯胺，例如聚苯胺纳米管，纳米纤维，纳米线，纳米球等。
3.在过去的十年中，中空球形聚苯胺(hs-pani)颗粒由于其特殊的形态，出色的电化学和催化性能等而备受关注。j.zhu等人，首先使用聚苯乙烯软模板法制备中空球聚苯胺负载的金纳米颗粒催化剂，并将其应用于电化学。从那时起，已开发并应用了多种类型的合成核-壳结构聚苯胺方法。在这里，我们涉及了一种利用溶剂极性的差异对聚苯胺前体进行预处理的方法，并以方便有效的方式制备了具有各种表面形态的空心球聚苯胺(hs-pani)。


技术实现要素：

4.本发明涉及了一种利用溶剂极性的差异对聚苯胺前体进行预处理的方法，并以方便有效的方式制备了具有各种表面形态的空心球聚苯胺(hs-pani)。
5.一种简单可控的制备空心球聚苯胺材料的新方法，其特征在于，包括：
6.通过乳液聚合法合成了聚苯乙烯球体材料，并将材料在98％的浓硫酸条件下、40℃磺化4小时，以制备磺化聚苯乙烯。
7.将苯胺单体引入，通过过硫酸钠氧化聚合，在磺化聚苯乙烯球体表面将聚苯胺涂覆，制备以聚苯乙烯球体为核，聚苯胺为壳的材料。
8.将聚苯乙烯单体刻蚀，制备了聚苯胺空心球体材料。
9.将制备的空心球体聚苯胺材料用不同极性大小的溶剂彻底清洗。依次使用极性增加的溶剂，分别使用正己烷，甲苯，氯仿，丙酮，甲醇和水。
10.清洗完毕后将材料在真空干燥箱中于80℃干燥24小时后收集，最终制备了不同形貌的球体聚苯胺材料。
11.优选地，所述将制备的空心球体聚苯胺材料用不同极性大小的溶剂分别清洗3次，每次采用10ml不同极性的溶剂清洗。
12.在本发明中，溶剂极性的增加会导致聚苯胺的壁厚增加。使用六种极性较小或较大的溶剂，相应的聚苯胺材料的壁厚分别从55nm减小至36nm。该方法的发展提供了一种控制低成本制备具有各种形貌的纳米空心球聚苯胺材料的方法。使用不同极性的溶剂在制备球形聚苯胺材料时显示出很大的差异。另外，随着溶剂极性的增加，材料表面的皱纹逐渐消失，并且会出现一些结构性裂纹。
13.通过控制不同的极性溶剂合成了具有不同形貌的空心球形聚苯胺材料。溶剂极性的增加导致球形聚苯胺的壁厚度的减小。结果表明，用正己烷处理的聚苯胺显示出明显的
突起和“荔枝”样结构，而用甲醇处理的聚苯胺显示出光滑的空心球结构。
附图说明
14.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
15.图1为不同极性溶剂合成的hs-pani颗粒的sem图像；
16.图2为不同极性溶剂合成的hs-pani颗粒的tem图像；
17.其中，图1中：(a)为正己烷，(b)为甲苯，(c)为氯仿，(d)为丙酮，(e)为甲醇，(f)为水；
18.图2中：(a)为正己烷，(b)为甲苯，(c)为氯仿，(d)为丙酮，(e)为甲醇，(f)为水。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
20.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
21.本发明公开一种简单可控的制备空心球聚苯胺材料的新方法，包括：
22.一、通过乳液聚合法合成了聚苯乙烯球体材料，并将材料在98％的浓硫酸条件下、40℃磺化4小时，以制备磺化聚苯乙烯。
23.二、将苯胺单体引入，通过过硫酸钠氧化聚合，在磺化聚苯乙烯球体表面将聚苯胺涂覆，制备以聚苯乙烯球体为核，聚苯胺为壳的材料。
24.二、将聚苯乙烯单体刻蚀，制备了聚苯胺空心球体材料。
25.三、将制备的空心球体聚苯胺材料用不同极性大小的溶剂彻底清洗。依次使用极性增加的溶剂，分别使用正己烷，甲苯，氯仿，丙酮，甲醇和水。
26.四、清洗完毕后将材料在真空干燥箱中于80℃干燥24小时后收集，最终制备了不同形貌的球体聚苯胺材料。
27.将制备的空心球体聚苯胺材料用不同极性大小的溶剂分别清洗3次，每次采用10ml不同极性的溶剂清洗。
28.请参阅图1所示，用六种极性不同的溶剂预处理制得的聚苯胺纳米材料，尺寸均匀，呈球形，如图1所示。值得注意的是，正己烷制得的聚苯胺具有明显的空心球特征，其形貌为类似于“荔枝”形状(图1a)。增加溶剂的极性，球形聚苯胺纳米材料的形态会发生显着变化。溶剂极性增加的结果是聚苯胺表面上的褶皱和突起变得明显更弱。不断增加溶剂极性(图1c，1d和1e)，中空球形聚苯胺的表面出现裂纹或带有孔，这表明球形聚苯胺的单层厚度逐渐减小，壁厚明显变薄。类似地，聚苯胺的表面皱纹和凸起结构变得不明显，甚至趋于光滑。当使用水作为溶剂时，聚苯胺材料的球形结构很难保持，但会显示结构的塌陷和堆积，并且材料的表面显然也很光滑(图1f)。这些结果都表明溶剂的极性对于控制聚苯胺的形态非常重要。为了制备具有明显皱纹的中空球形聚苯胺材料，必须选择极性较小的溶剂，例如正己烷。
29.请参阅图2所示，通过极性溶剂洗涤和加工获得的所有聚苯胺材料均具有均匀大小的空心球，通过tem表征可以观察到(图2)。在图2a中，球的聚苯胺形态保持完整而没有破
裂。聚苯胺的厚度约为55nm，并且外表面具有明显的突起和皱纹。随着溶剂极性的增加，聚苯胺的厚度明显减小，并且材料的表面从凸形逐渐变为光滑表面。值得注意的是，用甲醇溶剂处理过的聚苯胺材料的表面具有明显的孔结构(图2e)。当用溶剂水处理聚苯胺时，聚苯胺的腔球形态保持不变，但球的厚度减小至36nm(图2f)，这与通过正己烷处理聚苯胺形成的壁厚明显不同。(从d＝55nm减小到d＝36nm)。这些结果表明，使用不同极性的溶剂在制备球形聚苯胺材料时显示出很大的差异。另外，随着溶剂极性的增加，材料表面的皱纹逐渐消失，并且会出现一些结构性裂纹。
30.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种简单可控的制备空心球聚苯胺材料的新方法，其特征在于，包括：一、通过乳液聚合法合成了聚苯乙烯球体材料，并将材料在98％的浓硫酸条件下、40℃磺化4小时，以制备磺化聚苯乙烯。二、将苯胺单体引入，通过过硫酸钠氧化聚合，在磺化聚苯乙烯球体表面将聚苯胺涂覆，制备以聚苯乙烯球体为核，聚苯胺为壳的材料。三、将聚苯乙烯单体刻蚀，制备了聚苯胺空心球体材料。四、将制备的空心球体聚苯胺材料用不同极性大小的溶剂彻底清洗。依次使用极性增加的溶剂，分别使用正己烷，甲苯，氯仿，丙酮，甲醇和水。五、清洗完毕后将材料在真空干燥箱中于80℃干燥24小时后收集，最终制备了不同形貌的球体聚苯胺材料。2.根据权利要求1所述的简单可控的制备空心球聚苯胺(hs-pani)材料的新方法，其特征在于，所述将制备的空心球体聚苯胺材料用不同极性大小的溶剂分别清洗3次，每次采用10ml不同极性的溶剂清洗。

技术总结
本发明公开一种简单可控的制备空心球聚苯胺材料的新方法，包括：通过乳液聚合法合成了聚苯乙烯球体材料，并将材料在98％的浓硫酸条件下、40℃磺化4小时，以制备磺化聚苯乙烯在本发明中，溶剂极性的增加会导致聚苯胺的壁厚增加。使用六种极性较小或较大的溶剂，相应的聚苯胺材料的壁厚分别从55nm减小至36nm。该方法的发展提供了一种控制低成本制备具有各种形貌的纳米空心球聚苯胺材料的方法。使用不同极性的溶剂在制备球形聚苯胺材料时显示出很大的差异。另外，随着溶剂极性的增加，材料表面的皱纹逐渐消失，并且会出现一些结构性裂纹。并且会出现一些结构性裂纹。并且会出现一些结构性裂纹。


技术研发人员：吴之强 韩新宇 刘阳 刘万毅
受保护的技术使用者：宁夏师范学院
技术研发日：2021.05.31
技术公布日：2022/12/15