一種導電聚苯胺納米管的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種導電聚苯胺納米管的制備方法。將苯胺分散在含有不同比例尿素的水溶液中，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12小時，隨后用2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液對生成物進行摻雜，得到具有管狀結構的導電聚苯胺納米管。本發明制備的聚苯胺納米管的比電容比聚苯胺的大很多，所制備的聚苯胺納米管具有規整的管狀結構及良好的電化學性能，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，并且，尿素成本低廉、來源廣泛，聚苯胺納米管制備工藝簡單，該方法易于大規模推廣。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明屬于導電納米管制備【技術領域】，特別涉及一種以尿素為模板，苯胺通過自 組裝以及原位聚合制備出具有規整結構的導電聚苯胺納米管的方法。 一種導電聚苯胺納米管的制備方法
【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] 聚苯胺納米管由于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 of polyaniline nanotubes with controlled rectangular or square pore shape. Mater. Lett. 2014,121,12-14; H. J. Yin, et al, Synthesis of high-performance one-dimensional polyaniline nanostructures using dodecylbenzene sulfonic acid as soft template. Mater. Lett. 2011,65,850-853; Μ. M. Sk, et al, Synthesis of polyaniline nanotubes using the self-assembly behavior of vitamin C: a mechanistic study and application 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, etal, Preparation 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] 尿素具有良好的水溶性，且來源廣泛，尤其是其分子間可形成大量的氫鍵，適合作 為制備納米材料的模板。以尿素作模板制備聚苯胺納米管是一種簡單且環保的制備方法， 本思路目前未見文獻報道。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種以尿素為模板，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] 具體步驟為： (1)稱取尿素加入到盛有30毫升去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0. 5小時后，將燒瓶轉置 于冰水浴中，然后向燒瓶中加入0. 5毫升已提純的苯胺和2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，在 冰水浴的條件下攪拌1小時，最后將過硫酸銨溶液逐滴滴加到燒瓶中，在冰水浴的條件下 攪拌12小時，制得中間產物；所稱取的尿素與所加入的苯胺的摩爾比為(Γ2:1，所滴加的過 硫酸銨溶液中過硫酸銨與所加入的苯胺的摩爾比為1:1。
[0007] (2)用去離子水對步驟（1)制得的中間產物抽濾洗滌，直至濾液呈中性，再向濾餅 中加入2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，最后將濾餅置入50°C的真空干燥 箱中干燥24小時，研磨收集，即制得導電聚苯胺納米管。
[0008] 本發明方法具有以下優點： (1)本發明方法通過改變尿素與苯胺的摩爾比，可獲得表面粗糙程度、管的內徑以及長 徑比各不相同的聚苯胺納米管材料。
[0009] (2)本發明制備的聚苯胺納米管的比電容比聚苯胺的大很多，所制備的聚苯胺納 米管具有規整的管狀結構及良好的電化學性能，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。
[0010] (3)尿素成本低廉、來源廣泛，聚苯胺納米管制備工藝簡單，該方法易于大規模推 廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明實施例4制備的導電聚苯胺納米管的SEM圖和TEM圖，其中（a)為 SEM 圖，（b)為 TEM 圖。
[0012] 圖2是本發明實施例1制備的導電聚苯胺納米管與實施例6制備的導電聚苯胺在 掃描速率為5mV/s時測試的循環伏安曲線；其中UREA-PANI為實施例1制備的導電聚苯胺 納米管在掃描速率為5mV/s時測試的循環伏安曲線，PANI為實施例6制備的導電聚苯胺在 掃描速率為5mV/s時測試的循環伏安曲線。
【具體實施方式】
[0013] 實施例1 : (1)稱取尿素加入到盛有30毫升去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0. 5小時后，將燒瓶轉置 于冰水浴中，然后向燒瓶中加入0. 5毫升已提純的苯胺和2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，在 冰水浴的條件下攪拌1小時，最后將過硫酸銨溶液逐滴滴加到燒瓶中，在冰水浴的條件下 攪拌12小時，制得中間產物；所稱取的尿素與所加入的苯胺的摩爾比為2:1，所滴加的過硫 酸銨溶液中過硫酸銨與所加入的苯胺的摩爾比為1:1。
[0014] (2)用去離子水對步驟（1)制得的中間產物抽濾洗滌，直至濾液呈中性，再向濾餅 中加入2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，最后將濾餅置入50°C的真空干燥 箱中干燥24小時，研磨，即制得導電聚苯胺納米管。
[0015] 實施例2: (1)稱取尿素加入到盛有30毫升去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0. 5小時后，將燒瓶轉置 于冰水浴中，然后向燒瓶中加入0. 5毫升已提純的苯胺和2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，在 冰水浴的條件下攪拌1小時，最后將過硫酸銨溶液逐滴滴加到燒瓶中，在冰水浴的條件下 攪拌12小時，制得中間產物；所稱取的尿素與所加入的苯胺的摩爾比為1:1，所滴加的過硫 酸銨溶液中過硫酸銨與所加入的苯胺的摩爾比為1:1。
[0016] (2)用去離子水對步驟（1)制得的中間產物抽濾洗滌，直至濾液呈中性，再向濾餅 中加入2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，最后將濾餅置入50°C的真空干燥 箱中干燥24小時，研磨，即制得導電聚苯胺納米管。
[0017] 實施例3 : (1)稱取尿素加入到盛有30毫升去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0. 5小時后，將燒瓶轉置 于冰水浴中，然后向燒瓶中加入0. 5毫升已提純的苯胺和2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，在 冰水浴的條件下攪拌1小時，最后將過硫酸銨溶液逐滴滴加到燒瓶中，在冰水浴的條件下 攪拌12小時，制得中間產物；所稱取的尿素與所加入的苯胺的摩爾比為0. 5:1，所滴加的過 硫酸銨溶液中過硫酸銨與所加入的苯胺的摩爾比為1:1。
[0018] (2)用去離子水對步驟（1)制得的中間產物抽濾洗滌，直至濾液呈中性，再向濾餅 中加入2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，最后將濾餅置入50°C的真空干燥 箱中干燥24小時，研磨，即制得導電聚苯胺納米管。
[0019] 實施例4: (1)稱取尿素加入到盛有30毫升去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0. 5小時后，將燒瓶轉置 于冰水浴中，然后向燒瓶中加入0. 5毫升已提純的苯胺和2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，在 冰水浴的條件下攪拌1小時，最后將過硫酸銨溶液逐滴滴加到燒瓶中，在冰水浴的條件下 攪拌12小時，制得中間產物；所稱取的尿素與所加入的苯胺的摩爾比為0. 25:1，所滴加的 過硫酸銨溶液中過硫酸銨與所加入的苯胺的摩爾比為1:1。
[0020] (2)用去離子水對步驟（1)制得的中間產物抽濾洗滌，直至濾液呈中性，再向濾餅 中加入2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，最后將濾餅置入50°C的真空干燥 箱中干燥24小時，研磨，即制得導電聚苯胺納米管。
[0021] 實施例5: (1)稱取尿素加入到盛有30毫升去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0. 5小時后，將燒瓶轉置 于冰水浴中，然后向燒瓶中加入0. 5毫升已提純的苯胺和2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，在 冰水浴的條件下攪拌1小時，最后將過硫酸銨溶液逐滴滴加到燒瓶中，在冰水浴的條件下 攪拌12小時，制得中間產物；所稱取的尿素與所加入的苯胺的摩爾比為0. 1:1，所滴加的過 硫酸銨溶液中過硫酸銨與所加入的苯胺的摩爾比為1:1。
[0022] (2)用去離子水對步驟（1)制得的中間產物抽濾洗滌，直至濾液呈中性，再向濾餅 中加入2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，最后將濾餅置入50°C的真空干燥 箱中干燥24小時，研磨，即制得導電聚苯胺納米管。
[0023] 實施例6 : (1)將盛有30毫升去離子水的燒瓶從室溫轉置于冰水浴中，然后向燒瓶中加入0. 5毫 升已提純的苯胺和2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，在冰水浴的條件下攪拌1小時，最后將過 硫酸銨溶液逐滴滴加到燒瓶中，在冰水浴的條件下攪拌12小時，制得中間產物；所滴加的 過硫酸銨溶液中過硫酸銨與所加入的苯胺的摩爾比為1:1。
[0024] (2)用去離子水對步驟（1)制得的中間產物抽濾洗滌，直至濾液呈中性，再向濾餅 中加入2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，最后將濾餅置入50°C的真空干燥 箱中干燥24小時，研磨，即制得導電聚苯胺納米管。
【權利要求】
1. 一種導電聚苯胺納米管的制備方法，其特征在于具體步驟為： (1) 稱取尿素加入到盛有30毫升去離子水的燒瓶中，室溫攪拌0. 5小時后，將燒瓶轉置 于冰水浴中，然后向燒瓶中加入0. 5毫升已提純的苯胺和2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，在 冰水浴的條件下攪拌1小時，最后將過硫酸銨溶液逐滴滴加到燒瓶中，在冰水浴的條件下 攪拌12小時，制得中間產物；所稱取的尿素與所加入的苯胺的摩爾比為(Γ2:1，所滴加的過 硫酸銨溶液中過硫酸銨與所加入的苯胺的摩爾比為1:1 ; (2) 用去離子水對步驟（1)制得的中間產物抽濾洗滌，直至濾液呈中性，再向濾餅中加 入2毫升1摩爾/升的鹽酸溶液，使聚苯胺充分摻雜，最后將濾餅置入50°C的真空干燥箱中 干燥24小時，研磨，即制得導電聚苯胺納米管。
【文檔編號】B82Y40/00GK104119530SQ201410376418
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月2日 優先權日:2014年8月2日
【發明者】樊新, 楊哲偉 申請人:桂林理工大學