[发明专利]碳化钨/导电聚苯胺复合粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种具有核-壳结构的碳化钨/导电聚苯胺复合粒子及其制备方法。

背景技术

高聚物与无机粒子所形成的复合材料可充分利用两者性能互补的势，因而成为传统材料功能化和新材料开发的重要途径。近几年来，导电聚合物/无机粒子复合材料的研究已引起了人们的重视。这种新型的复合材料既保留了高分子材料的优点，又发挥了无机粒子的独特性能，是具有良好力学性能及独特的光、电、磁性能的复合材料，从而拓宽了高分子材料的应用领域。

在众多的导电高分子材料中，聚苯胺(polyaniline，缩写为PANI)原料便宜、合成简便、耐高温及抗氧化性能良好，电导率可变，因此在许多领域显示出广阔的应用前景。目前已有很多关于聚苯胺复合材料的报道，如聚苯胺与TiO₂复合得到疏水性的复合物、聚苯胺与γ-Fe₂O₃复合后得到磁性的复合物等。但是，这些材料在电性能、电化学响应性能和电催化性能等方面不够理想。近年来越来越多的研究成果表明，在聚苯胺中引入金属粒子如金、银、铂、钯、铜等，所形成的复合材料与基体聚苯胺相比，其电性能、电化学响应性能和电催化性能等都得到了进一步提升，显示出了更为广阔的应用前景。正因如此，人们对于这类复合材料的设计、制备和功能性等方面的研究投入了越来越多的努力和关注就不足为奇了。但是，贵金属价格昂贵，生产成本高昂，使其广泛使用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提出一种新的高聚物与无机粒子所形成的复合材料及其制备方法，即具有核-壳结构的碳化钨/导电聚苯胺(WC/PANI)复合粒子及其制备方法。由于碳化钨具有很好的电催化活性、电化学稳定性、强度高、抗氧化能力强及导电导热性能好等特点，并且碳化钨与金属铂具有相似的表面电子结构，碳化钨作为潜在的能够替代铂族贵金属催化材料被广泛研究，这种WC/PANI复合材料可以作为电极材料、二次电池和催化材料等。

本发明碳化钨/导电聚苯胺复合粒子的特征是：在所说的碳化钨/导电聚苯胺复合粒子中，碳化钨粒子与聚苯胺的质量比为0.05～0.36，且碳化钨粒子被聚苯胺包覆。

本发明碳化钨/导电聚苯胺复合粒子的制备方法，其特征是制备工序如下：

A、碳化钨乳液的制备：按9.4～56.4g/L的量将碳化钨分散到水相中，按4～20g/L的量加入聚乙烯醇，在60～75℃下搅拌0.5～2.5小时，分散30～80分钟，即得碳化钨乳液；

B、苯胺单体在碳化钨粒子中的溶胀：按100～200g/L的量将苯胺单体分散到水相中，分散并搅拌15～30分钟，加入工序A所得的碳化钨乳液，分散30～45分钟，得混合乳液；

C、苯胺在碳化钨粒子表面聚合形成复合粒子：在搅拌条件下，将工序B制得的混合乳液经冰水浴冷却至10～20℃后，搅拌15～30分钟，然后按氧化剂与苯胺单体的摩尔比为0.8～2.0的量，加入浓度为0.75～2.5mol/L的氧化剂水溶液，按掺杂剂与苯胺单体的摩尔比为1～2.5的量，向乳液中滴加作为掺杂剂的、浓度为0.5～1.25mol/L的酸的水溶液，之后保持10～20℃反应6～8小时，升温至室温，继续反应6～12小时.之后抽滤，用浓度为0.2mol/L酸溶液和蒸馏水洗涤，直至上层溶液变为无色透明为止；将滤饼在60℃真空干燥12小时，即得到掺杂态的碳化钨/聚苯胺复合粒子，且碳化钨粒子被聚苯胺包覆。

工序C中所说的氧化剂是过硫酸铵、过氧化氢、碘酸钾、三氯化铁、氯酸钾和重铬酸钾中的任一种；酸的水溶液是盐酸、硫酸、磺基水杨酸和十二烷基苯磺酸中的任一种酸的水溶液。

所说的搅拌采用现有技术的机械搅拌，或者磁力搅拌，或者其它搅拌，以使固液混合均匀。所说的分散采用现有技术的超声分散，或者机械分散，以超声分散为佳，超声分散是在现有技术的循环式多级超声波分散机上完成的，以提高碳化钨的分散度。

与现有技术相比，本发明有如下优点和积极效果：

1、首次实现了用碳化钨来代替贵金属与聚苯胺复合的复合物，并提供了该复合物的制备方法；

2、经过简单表面处理的碳化钨粒子可以很好的分散在分散介质中；

3、实现了聚苯胺和碳化钨的表面修饰；

4、聚苯胺修饰碳化钨的制备工艺简便易行；

5、碳化钨/聚苯胺复合材料的电导率高、稳定性好、电化学性能及催化活性好，并且成本低廉。