一种聚苯胺纳米片的制备方法及用途

本发明属于导电聚合物制备领域，涉及一种聚苯胺纳米片的制备方法。

背景技术：

1、在共轭有机聚合物中，聚苯胺以其易于制备、环境友好、独特的光电性质和可逆掺杂/脱掺杂特点，受到了人们的广泛关注(j.power sources 2017,347,86–107；polymers2021,13,2003；inorg.chem.commun.2022,135,109087)。据文献记载(prog.polym.sci.2010,35,1403–1419)，聚苯胺膜的电导率能达到其它聚苯胺结构的100倍，这一观点激发了人们对二维(2d)聚苯胺的研究兴趣。

2、自20世纪90年代利用langmuir-blodgett技术制备聚苯胺纳米膜以来(thinsolid films 1996,288,268–271)，人们发展了多种制备2d聚苯胺的多种方法，例如油/水界面法(macromol.rapid commun.2007,28,84–87)、模板法(adv.mater.2007,19,2993–2999；angew.chem.int.ed.2016,55,12516–12521)、利用高氧化态苯胺低聚体(macromol.rapid commun.2009,30,1577–1582)、苯胺极稀溶液聚合法(macromolecules2007,40,7075–7078；macromol.rapid commun.2008,29,63–67)、电化学沉积法(j.am.chem.soc.1998,120,10733–10742)及超声剥离法(rsc adv.2015,5,48421–48425)。然而，上述方法存在利用(含氟)有机试剂、过程复杂和/或产率低的缺点。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种聚苯胺纳米片的制备方法。

2、一种聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于：以苯胺-酸沉淀物为模板，通过化学氧化苯胺-酸沉淀物，获得聚苯胺纳米片。

3、一种聚苯胺纳米片的制备，步骤如下：

4、a.将酸溶解于水中，按化学计量比加入苯胺，获得苯胺–酸沉淀物；

5、b.在0–2℃范围内，将过硫酸铵(aps)水溶液与苯胺–酸沉淀物混合，搅拌5–10min后静置；

6、c.固-液分离，用蒸馏水洗涤滤饼，滤饼冻干后得聚苯胺纳米片。

7、步骤a所述酸，包括亚甲基二磺酸、硫酸、苯甲酸、草酸和对甲苯磺酸；

8、步骤a所述水为蒸馏水，所述苯胺为重新蒸馏的苯胺；

9、步骤a所述酸与苯胺的物质的量之比为1:2。

10、步骤b所述aps，其中苯胺与aps的物质的量之比为4:1–16:1；

11、步骤b所述aps水溶液与苯胺–酸沉淀物混合，其中苯胺的浓度为0.24–1.43mol l–1。苯胺浓度为苯胺物质的量除以反应体系的总体积。

12、步骤b所述静置，静置时间为1–6h；

13、步骤c所述冻干，条件为冷阱温度降到–80℃，将样品置于冷冻干燥机的样品架上，密封，抽真空，真空计示数为1pa，工作4–5h即可。

14、本发明还提供上述方法制备的聚苯胺纳米片。聚苯胺纳米片的厚度为30–170nm。聚苯胺纳米片的比表面分别为27.6～38.9m2 g–1。

15、聚苯胺纳米片的xps n 1s高分辨谱图中具有位于398.8、399.5、400.5和402.2ev的峰，分别对应醌型亚胺(＝n–)、与苯相连的仲胺(–nh–)、质子化的醌型亚胺(＝+nh–)和氧化态仲胺(–+nh–)。电子电导率分别为0.50、0.25和0.091s cm-1。

16、本发明还提供上述方法制备的聚苯胺纳米片的用途，用于超级电容器。

17、有益效果

18、1、本发明提供的一种聚苯胺纳米片的制备方法，过程简单，环境友好，易于规模化工业生产。

19、2、本发明提供的一种聚苯胺纳米片的制备方法，可以通过控制苯胺/aps的摩尔比，调控聚苯胺纳米片的厚度、比表面、电导率、氧化态和聚合物链有效共轭长度。

20、3、本发明提供的聚苯胺纳米片，具有良好的电化学性能，在超级电容器领域有潜在的应用。

技术特征：

1.一种聚苯胺纳米片的制备方法，步骤如下：

2.如权利要求1所述的聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于，步骤a所述酸，为亚甲基二磺酸、硫酸、苯甲酸、草酸和对甲苯磺酸中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于，步骤a所述酸与苯胺的物质的量之比为1:2。

4.如权利要求1所述的聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于，步骤b所述aps，其中苯胺与aps的物质的量之比为4:1–16:1。

5.如权利要求1所述的聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于，步骤b所述aps水溶液与苯胺–酸沉淀物混合，其中苯胺的浓度为0.24–1.43mol l–1。

6.如权利要求1所述的聚苯胺纳米片的制备方法，其特征在于，步骤b所述静置，静置时间为1–6h。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法制备的聚苯胺纳米片。

8.如权利要求7所述的聚苯胺纳米片，其特征在于：

9.如权利要求7所述的聚苯胺纳米片，其特征在于：

10.如权利要求1-6任一项所述的方法制备的聚苯胺纳米片的用途，或者权利要求7-9任一项所述的聚苯胺纳米片的用途，用于超级电容器。

技术总结
本发明涉及一种聚苯胺纳米片的制备方法，属于导电聚合物制备领域。将苯胺加入到酸的水溶液中形成苯胺–酸沉淀物，再加入过硫酸铵水溶液，将混合物在0–2℃搅拌5–10min，然后在0–2℃静置0.5–4h，将混合物固‑液分离，洗涤，冻干，即得聚苯胺纳米片。在聚苯胺纳米片的形成过程中，苯胺–酸沉淀物起到了模板作用。

技术研发人员：盖利刚,武雪娜,班青
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14