一種以葡萄糖為模板制備導電聚苯胺納米管的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于導電納米管制備技術領域，特別涉及一種以葡萄糖為模板制備導電聚苯胺納米管的方法。該方法以葡萄糖為模板，苯胺通過自組裝以及原位聚合制備出具有納米管狀結構的導電聚苯胺。
【背景技術】
[0002]聚苯胺作為一種常見的導電聚合物，由于其制備簡單，成本低廉，以及具有良好的環境穩定性和獨特的物理和化學性質，常常被用于超級電容器、電池、傳感器以及防腐領域，得到了世界各國科研工作者的大力關注。特別是具有納米結構的導電聚苯胺，由于其粒徑極小、比表面積大、極快的電子轉移速率等性質，賦予了納米導電聚苯胺材料具有傳統塊體所不具備的許多獨特性能。
[0003]聚苯胺納米管能夠為電解質離子的擴散和移動提供便捷的通道，縮短離子運輸的距離，從而提高離子與電極發生氧化還原反應的效率，受到了科研工作者的關注和研究。譬如以軟模板法制備導電聚苯胺納米管(z.J.Gu, et al, Synthesis ofpolyaniline nanotubes with controlled rectangular or square pore shape.Mater.Lett.2014,121, 12-14; H.J.Yin, et al, Synthesis of high-performanceone-dimens1nal polyaniline nanostructures using dodecylbenzene sulfonic acidas soft template.Mater.Lett.2011,65,850-853; M.M.Sk, et al, Synthesisof polyaniline nanotubes using the self-assembly behav1r of vitamin C: amechanistic study and applicat1n in electrochemical supercapacitors.J.Mater.Chem.A 2014，2，2830-2838.)以及無模板法制備導電聚苯胺納米管(Z.Z.Huang, et al,Preparat1n of polyaniline nanotubes by a template-free self-assembly method.Mater.Lett.2011,65, 2015-2018.)，上述各種軟模板法制備的聚苯胺納米管具有規整的管狀結構且具有較好的電化學性能，但在工業化生產中存在一定的難度。無模板法制備聚苯胺具有環保、簡單等優點，但是所得聚苯胺納米管的管徑大小無法可控且不規整，在一定程度上影響了聚苯胺的電化學性能。
[0004]葡萄糖具有良好的水溶性，且來源廣泛、價格低廉，尤其是其分子鏈上存在大量的羥基，可與苯胺分子形成大量的氫鍵，適合作為制備納米管狀材料的模板。以葡萄糖作模板制備聚苯胺納米管是一種簡單且環保的制備方法，所得聚苯胺納米管的結構規整且具有良好的電化學性能，是一種理想的超級電容器電極材料，尤其是適合工業化生產。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種以葡萄糖為模板，通過自組裝技術以及原位聚合的方法制備出具有規整結構的導電聚苯胺納米管的方法。
[0006]本發明思路:利用葡萄糖分子上大量的羥基和羧基與苯胺分子形成氫鍵來制備具有納米管狀結構的導電聚苯胺，納米管狀結構可為電解質離子的擴散和移動提供良好的通道，使離子能夠與電極材料充分的發生氧化還原反應，增大了材料的比電容、降低了內阻，從而獲得具有良好電化學性能的納米管狀結構聚苯胺，是一種理想的超級電容器電極材料。
[0007]具體步驟為:
(I)按照以下物質的量比稱取原料，葡萄糖:苯胺=0.1~5:1，其中苯胺為0.5mL。
[0008](2)將步驟(I)稱取的葡萄糖加入到盛有30ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0.5h后，將燒瓶轉置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟⑴稱取的苯胺和2 mL濃度為Imol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh，制得混合溶液。
[0009](3)將與苯胺等物質的量的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，然后向混合溶液中加入2 mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，再用去離子水進行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導電聚苯胺納米管。
[0010]本發明制備過程簡單、環保、可靠，原料來源廣泛、成本低廉，適合工業化生產，且所得納米管狀結構的導電聚苯胺比純聚苯胺有著更低的電阻、更高的比電容。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明實施例4制得的導電聚苯胺納米管的掃描電鏡圖。
[0012]圖2是本發明實施例4制得的導電聚苯胺納米管的循環伏安圖。
[0013]圖3是本發明實施例4制得的導電聚苯胺納米管的交流阻抗圖。
[0014]圖4是本發明實施例4制得的導電聚苯胺納米管的恒流充放電圖。
【具體實施方式】
[0015]實施例1:
(I)稱取0.099g葡萄糖和0.5mL苯胺。
[0016](2)將步驟(I)稱取的葡萄糖加入到盛有30ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0.5h后，將燒瓶轉置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟⑴稱取的苯胺和2 mL濃度為Imol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh，制得混合溶液。
[0017](3)將與苯胺等物質的量的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，然后向混合溶液中加入2 mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，再用去離子水進行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導電聚苯胺納米管。
[0018]實施例2:
(I)稱取0.493g葡萄糖和0.5mL苯胺。
[0019](2)將步驟(I)稱取的葡萄糖加入到盛有30ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0.5h后，將燒瓶轉置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟⑴稱取的苯胺和2 mL濃度為Imol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh，制得混合溶液。
[0020](3)將與苯胺等物質的量的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，然后向混合溶液中加入2 mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，再用去離子水進行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導電聚苯胺納米管。
[0021]實施例3:
(I)稱取0.987g葡萄糖和0.5mL苯胺。
[0022](2)將步驟(I)稱取的葡萄糖加入到盛有30ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0.5h后，將燒瓶轉置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟⑴稱取的苯胺和2 mL濃度為Imol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh，制得混合溶液。
[0023](3)將與苯胺等物質的量的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，然后向混合溶液中加入2 mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，再用去離子水進行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導電聚苯胺納米管。
[0024]實施例4:
(I)稱取1.973g葡萄糖和0.5mL苯胺。
[0025](2)將步驟(I)稱取的葡萄糖加入到盛有30ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0.5h后，將燒瓶轉置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟⑴稱取的苯胺和2 mL濃度為Imol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh，制得混合溶液。
[0026](3)將與苯胺等物質的量的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，然后向混合溶液中加入2 mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，再用去離子水進行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導電聚苯胺納米管。
[0027]實施例5:
(I)稱取4.933g葡萄糖和0.5mL苯胺。
[0028](2)將步驟(I)稱取的葡萄糖加入到盛有30ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0.5h后，將燒瓶轉置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟⑴稱取的苯胺和2 mL濃度為Imol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh，制得混合溶液。
[0029](3)將與苯胺等物質的量的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，然后向混合溶液中加入2 mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，再用去離子水進行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導電聚苯胺納米管。
【主權項】
1.一種以葡萄糖為模板制備導電聚苯胺納米管的方法，其特征在于具體步驟為: (1)按照以下物質的量比稱取原料，葡萄糖:苯胺=0.1~5:1，其中苯胺為0.5mL ; (2)將步驟(I)稱取的葡萄糖加入到盛有30ml去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0.5 h后，將燒瓶轉置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入步驟⑴稱取的苯胺和2 mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌lh，制得混合溶液； (3)將與苯胺等物質的量的過硫酸銨水溶液逐滴加入到步驟(2)制得的混合溶液中，在冰水浴的條件下攪拌12 h，然后向混合溶液中加入2 mL濃度為lmol/L的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，再用去離子水進行洗滌、抽濾，直至濾液呈中性，所得濾餅在50°C的真空干燥箱中干燥24 h，研磨收集，即制得導電聚苯胺納米管。
【專利摘要】本發明公開了一種以葡萄糖為模板制備導電聚苯胺納米管的方法。將苯胺分散在含有不同比例葡萄糖的水溶液中，在冰水浴的條件下，充分攪拌，得到均勻的混合溶液。然后逐滴加入氧化引發劑——過硫酸銨，引發苯胺聚合，在攪拌條件下反應12h，隨后用2mL濃度為1M鹽酸溶液進行摻雜，得到具有管狀結構的導電聚苯胺材料。本發明制備過程簡單、環保、可靠，原料來源廣泛、成本低廉，適合工業化生產，且所得納米管狀結構的導電聚苯胺比純聚苯胺有著更低的電阻、更高的比電容。
【IPC分類】C08G73/02
【公開號】CN105037717
【申請號】CN201510533655
【發明人】樊新, 陳韋良, 劉錚
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月27日