一种基于亚甲基蓝嵌入DNA电聚合物的超级电容器及其制备方法和应用

本发明属于超级电容，具体涉及一种基于亚甲基蓝嵌入dna电聚合物的超级电容器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，小型化可穿戴设备的迅速发展极大地促进了人们对超薄、灵活和轻量化能源储存设备的研发。超级电容器作为最有发展前途的电源设备之一，因其使用寿命长、功率密度高、充放电速度快等优点备受关注。因此我们希望通过电聚合亚甲基蓝嵌入dna修饰碳纳米管复合材料制备一款新型的超级电容器，为其实现小型化可穿戴提供思路。

2、亚甲基蓝(mb)，具有一种共面、多环的刚性结构。mb作为一种阳离子有机染料，可以作为指示剂用于鉴别生命大分子(如dna)。脱氧核糖核酸(dna)，是一种生物体内起着重要作用的天然聚合物。碳纳米管(cnts)具有独特的中空结构、良好的导电性、较高的比表面积，可以作为电极材料使用。

3、目前，很多研究者已经进行了大量关于溶液中亚甲基蓝与dna之间相互作用的研究，发现mb通过静电作用、嵌入作用或π-π堆积作用与dna结合，在生物光电分析领域有广泛的应用前景。在亚甲基蓝和dna的基础上，引入碳纳米管，让这三者之间的强相互作用，形成新的电聚合亚甲基蓝嵌入dna修饰碳纳米管复合材料，运用新材料搭建超级电容器，可以具有高度电子离域的性能，实现超级电容器的快速充电。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于亚甲基蓝嵌入dna电聚合物的超级电容器的制备方法；该方法选用具有π电子离域结构和良好导电性的碳纳米管、亚甲基蓝与dna。亚甲基蓝有强π-π堆积作用，容易聚集，加入dna相当于分散亚甲基蓝，使其形成单层结构。亚甲基蓝上有3个氮原子、1个硫原子，提供了很多氢键，dna链可以通过π-π堆积、氢键作用，与亚甲基蓝形成长的链，同时cnts与mb作用较强，可以缠绕在一起，共轭程度加强，电子离域也随之增加，更容易发生跃迁。三者相互作用制备得到一种低带隙的半导体材料——电聚合亚甲基蓝嵌入dna修饰碳纳米管复合材料，运用这种全新的复合材料搭建超级电容器，可以有效提高该超级电容器的电容值。

2、本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的基于亚甲基蓝嵌入dna电聚合物的超级电容器。

3、本发明的再一目的在于提供一种上述基于亚甲基蓝嵌入dna电聚合物的超级电容器的应用。

4、本发明的目的通过下述技术方案实现：

5、一种基于亚甲基蓝嵌入dna电聚合物的超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)以碳纳米管修饰石墨电极作为工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以钛电极作为对电极，以dna和亚甲基蓝的混合溶液作为电解质溶液，通过连续的循环伏安法制备得到前置的亚甲基蓝嵌入dna电聚合物碳纳米管修饰石墨电极；

7、(2)将步骤(1)所得前置的亚甲基蓝嵌入dna电聚合物碳纳米管修饰石墨电极放入马弗炉中高温处理得到亚甲基蓝嵌入dna电聚合物碳纳米管修饰石墨电极；

8、(3)在凝胶电解质的两侧分别设置一层步骤(2)所得亚甲基蓝嵌入dna电聚合物碳纳米管修饰石墨电极，组装成超级电容器。

9、步骤(1)所述作为工作电极的碳纳米管修饰石墨电极按照以下步骤制备得到：分散得到碳纳米管悬浮液，滴加50μl碳纳米管悬浮液到石墨导电基体上，室温风干后，恒定40℃下干燥12h，得到碳纳米管修饰石墨电极。

10、步骤(1)所述dna和亚甲基蓝的混合溶液是将浓度为5mm的dna溶液和浓度为2mm的亚甲基蓝溶液，按体积比2：8混合而成。

11、步骤(1)所述循环伏安法的电位范围-0.8～1.6v，扫速0.1v s-1，扫描圈数5圈。

12、步骤(2)所述高温处理是在温度200℃下处理12h。

13、一种由上述的制备方法制备得到的基于亚甲基蓝嵌入dna电聚合物的超级电容器。

14、上述的基于亚甲基蓝嵌入dna电聚合物的超级电容器在小型化可穿戴设备中的应用。

15、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

16、(1)本发明的新型超级电容器可以为实现小型化可穿戴提供新的思路。

17、(2)本发明所用的方法绿色环保。

18、(3)本发明通过cnts、mb、dna三者的相互作用，制备得到一种低带隙的半导体材料，应用于超级电容器当中。

技术特征：

1.一种基于亚甲基蓝嵌入dna电聚合物的超级电容器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述作为工作电极的碳纳米管修饰石墨电极按照以下步骤制备得到：分散得到碳纳米管悬浮液，滴加50μl碳纳米管悬浮液到石墨导电基体上，室温风干后，恒定40℃下干燥12h，得到碳纳米管修饰石墨电极。

3.根据权利要求1所述的的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述dna和亚甲基蓝的混合溶液是将浓度为5mm的dna溶液和浓度为2mm的亚甲基蓝溶液，按体积比2：8混合而成。

4.根据权利要求1所述的的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述循环伏安法的电位范围-0.8～1.6v，扫速0.1v s-1，扫描圈数5圈。

5.根据权利要求1所述的的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述高温处理是在温度200℃下处理12h。

6.一种由权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到的基于亚甲基蓝嵌入dna电聚合物的超级电容器。

7.根据权利要求6所述的基于亚甲基蓝嵌入dna电聚合物的超级电容器在小型化可穿戴设备中的应用。

技术总结
本发明属于超级电容技术领域，公开了一种基于亚甲基蓝嵌入DNA电聚合物的超级电容器及其制备方法和应用。本发明用亚甲基蓝嵌入DNA，通过连续的循环伏安法沉积至具有恒定面积的碳纳米管修饰石墨电极上，进行高温处理，所得电极与凝胶电解质组装成一款新型超级电容器。该方法不仅具有操作简单、生物相容性好的特点，而且所获得的电聚合亚甲基蓝嵌入DNA修饰碳纳米管复合材料是带隙小的半导体材料，具有电子高度离域和高比电容的特性，可以在生物超级电容领域拥有广阔的应用前景。

技术研发人员：邝柳尹,高林峰,高敏,李红
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15