[发明专利]一种具有纳米结构的聚吡咯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电聚合物的制备方法，具体涉及一种具有纳米结构的聚吡咯的制备方法。

背景技术

导电聚合物是一种具有导电特性的高分子材料，由于其主链上形成的共轭π体系使其可通过掺杂等方式来获得导电性能，电导率介于半导体和导体之间。代表性的导电聚合物有聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚对苯及其衍生物等。该类聚合物不仅在导电性上表现突出，还表现出优良的光导电性质、非线性光学性质、发光和磁性能，同时还具有较好的机械加工性，这些特点使其具有潜在的应用背景。

在诸多导电聚合物中，聚吡咯结合了环境稳定性好、掺杂后导电性高、合成容易的优点，其制备方式主要有电化学聚合和化学聚合。现有的制备具有特殊纳米结构（如一维纳米管、纳米线等）的聚吡咯往往需要借助软模板（如表面活性剂）和硬模板（如AAO模板），这些制备方式不仅会产生大量的环境污染物，而且还需要后续的模板去除工序，最终产物的纯度和结构也将受到影响，这在一定程度上限制了聚吡咯纳米结构的应用。另外，将纳米结构的聚吡咯有目的进行组装和集成，形成具有特定微-纳多级结构的材料，有望获得新的综合性能，以实现其在超级电容器、锂离子电池、传感器、场效应管和电致变色显示等领域的应用。因此，开发一种制备工艺简单可控、聚吡咯产物纯度高、性能好的方法变得十分迫切。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种具有纳米结构的聚吡咯的制备方法。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种具有纳米结构的聚吡咯的制备方法，包括步骤：将具有一定纳米结构形貌的二氧化锰作为反应模板，在酸性溶液中与吡咯单体进行反应，所述酸性溶液的pH为0~6，反应温度为-10~50℃，吡咯单体与二氧化锰的摩尔量比≥1:2，制备得到聚吡咯，所述聚吡咯的纳米结构形貌与所述二氧化锰的纳米结构形貌相同。

优选地，所述酸性溶液的pH值为0~3。

优选地，所述反应温度为0~15℃。

优选地，所述吡咯单体与二氧化锰的摩尔量比为1:2~1:1，更优选1:1。

优选地，所述二氧化锰的结构形貌为一维纳米结构，优选如一维纳米管、纳米线、纳米棒、纳米纤维或纳米带，或者为三维微-纳超结构（也可称为微-纳多级结构），优选如海胆状、枝晶状或花冠状微米球。

还可以优选采用晶型为δ型、α型、β型、γ型或λ型的二氧化锰，根据需要，为获得特定晶型和形貌的二氧化锰，其制备方法可以采用公知的如水热法、化学共沉淀法、电化学沉积法、热分解法等。

优选地，所述酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、磷酸和有机酸中的一种或它们的组合。

优选地，反应时间≥1小时。

优选地，所述制备方法包括如下步骤：

（1）配制酸性溶液，调节其pH为0~6；

（2）将所述二氧化锰均匀分散于酸性溶液中，形成悬浊液； 

（3）在所述悬浊液中注入吡咯单体，搅拌混合均匀后静置一段时间；

（4）将经步骤（3）反应后的黑色产物过滤、洗涤后，在40-80℃下干燥6-24 h，即获得所述聚吡咯。 

由于吡咯单体和二氧化锰的反应速率很高，制备过程中可以使用搅拌的方式将吡咯单体和二氧化锰快速混合均匀，使反应物充分接触，此后再静置一段时间，是为了更好地让吡咯单体或低聚体充分聚合和掺杂，从而获得形貌和特性均匀的聚吡咯产物。

优选地，还包括步骤：先将具有一定纳米结构形貌的二氧化锰作为反应模板沉积在电极片上，再将沉积有二氧化锰的电极片置于酸性溶液中与吡咯单体进行反应，制备得到的聚吡咯长在所述电极片上。 

先将二氧化锰沉积在电极片上，获得长有聚吡咯的电极片，其可以直接作为超级电容器的电极片。