[发明专利]一种制备聚吡咯/石墨烯复合薄膜材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚吡咯/石墨烯复合薄膜材料的制备方法，特别涉及用大阴离子表面活性剂——琥珀酸二辛脂磺酸钠作电解质，通过电化学方法形成聚吡咯/石墨烯复合薄膜材料的方法。

背景技术

导电聚吡咯以其优越的生物相容性、环境稳定性和易于制备等优点，成为最具有应用前景的导电聚合物之一，广泛应用于生物传感器、超级电容器和防腐蚀材料等领域。近年来，为了开发具备高的比表面积、电化学稳定性以及优越机械性能的新材料，研究聚吡咯和其他纳米材料的复合物，这已成为一大研究热点。石墨烯是由碳原子在二维空间上紧密堆积呈六边形的晶体，具有优异的电学、热学及力学性能，作为以聚吡咯为基体的纳米填充材料，石墨烯具有几个明显的优势[S. Bose, T. Kuila, M. Uddin, N. Kim, A. K.T. Lau, J. H. Lee：In-situ synthesis and characterization of electrically conductive polypyrrole/graphene nanocomposites, Polymer 51 (2010) 5921；S. Stankovich, D. Dirkin, G. Dommett, K. Kohlhaas, E. Zimney, E. Stach, et al：Graphene based composite materials, Nature 446 (2006) 28. ]：石墨烯结构表面的褶皱使石墨烯片材表面和周围的聚合物基体材料紧密扭结在一起，有助于提高两种材料界面间负载承重的转移；石墨烯的片状特征可以使其同碳纳米管相比具有更大的接触面，使石墨烯片材跟聚合物基体结合得更好；石墨烯的几何结构在复合材料结构中出现裂痕时，相对于一维的碳纳米管，更容易减少细小裂纹的继续蔓延并释放掉这种破坏性能量。本发明提出一种制备聚吡咯/石墨烯的复合薄膜材料。

在聚吡咯的制备方面，大尺寸阴离子掺杂的聚吡咯具有稳定性好，表面活性剂阴离子掺杂的聚吡咯导电率较高。而采用大阴离子表面活性剂制备聚吡咯纳米材料的公开报道目前见于S.B. Saidmn所在的研究组。该组研究了用琥珀酸二辛脂磺酸钠（AOT）为支持电解质，在不同的金属衬底上合成聚吡咯薄膜，如钛化镍合金[D. O. Flamini, S. B. Saidman：Electrodeposition of polypyrrole onto NiTi and the corrosion behavior of the coated alloy,  Corros Sci, 2010, 52(1): 229-234]、铝[I. L. Lehr, S. B. Saidman: Electrodeposition of polypyrrole on aluminium in the presence of sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate,Mater Chem Phys, 2006, 100 (2-3): 262-267]、铁[I. L. Lehr, S. B. Saidman: Electrochemical impedance study of iron electrodes covered by polypyrrole films electrosynthesized in the presence of AOT, React & Funct Polym, 2008, 68 (7):1152-1158]和钛[D. O. Flamini, S. B. Saidman: Characterization of polypyrrole films electrosynthesized onto titanium in the presence of sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate (AOT), Electrochimi Acta,  2010, 55 (11) : 3727–3733]。这种聚吡咯薄膜具有的优越性表现在：一方面，由于AOT表面活性剂在衬底表面形成很多胶束，吡咯单体溶解并集中在胶束中，聚合的产物不易发生集结，使得聚合速率增加，合成的聚吡咯材料的表面更紧实；另一方面，AOT具有两个庞大的碳氢链尾，是大阴离子表面活性剂，抑制了氯化物渗透到聚合物基体中，同时抑制了AOT^-在聚合物和电解液间的交换，与无机电解质相比，在AOT溶液中合成的聚吡咯材料在氯化物溶液中表现出更好的抗腐蚀性能。