[发明专利]一种具有氧化还原活性的导电聚合物水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器电极用材料领域，具体涉及一种具有氧化还原活性的导电聚合物水凝胶的制备方法。 

背景技术

超级电容器是一种介于电池与传统电容器之间的新型储能器件，兼具两者的优点，具有功率密度高、能量密度高、充电时间短、使用寿命长和对环境无污染等优点，在国防、军工、电动汽车、电脑、移动通信等众多领域有着广泛应用。电极材料是超级电容器最为关键的部分，也是决定其性能的主要因素，超级电容器电极材料主要有：碳材料、金属氧化物以及导电聚合物等，其中，导电聚合物具有易合成、环境友好及电导率可控等优点。但导电聚合物电极材料在掺杂/脱掺杂（即充放电过程）中会经历膨胀和收缩,其π共轭分子结构会遭到一定的破坏，共轭体系减小，电子离域性降低，使得电极材料的电导率与机械性能下降，最终会导致比电容的衰减，循环性能差。 

水凝胶是通过化学或物理交联而形成的含有大量水的三维网络结构的材料。导电聚合物水凝胶的三维多孔结构、较大的有效比表面积以及较高的离子迁移率使其在超级电容器应用中表现出一定的优越性。利用超分子自组装制备的导电聚合物水凝胶很早就被应用为超级电容器的电极材料，但由于导电性与力学强度较低，导电聚合物水凝胶只能获得较低的比容量与循环稳定性。将导电聚合物水凝胶与聚合物复合后可提高其机械强度与循环稳定性，例如，Dai等人（DaiTY,QingXT,LuY,XiaYY.Conducting hydrogels with enhanced mechanical strength.Polymer,2009,50:5236-5241.）将导电聚合物水凝胶与聚丙烯酸（PAA）复合制备的PAA/PAA/PEDOT三重网络水凝胶具有较高机械强度和电化学活性，单位质量电容量可达4.8F/g。PEDOT-PSS/聚丙烯 酰胺复合型水凝胶（AouadaMR,MouraEM,GirottoAF,RubiraEC.Muniz EG.The synthesis and capacitive properties of poly(3,4-ethylene dioxythiophene)/poly(styrene-sulfonate)and poly(acrylamide)conducting hydrogels.e-Polymers,2007,81.）表现出快速充放电性能和长循环使用寿命。导电聚合物复合型水凝胶因大量聚苯乙烯磺酸盐及聚合物的引入使其力学强度得以提高，但导电性能的快速衰减使其作为超级电容器电极材料时无法获得较高的比容量。 

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种具有氧化还原活性导电聚合物水凝胶，将具有电化学活性的氧化还原活性复合物引入导电聚合物水凝胶，有效地提高超级电容器电极材料的比电容，将双电层电容与由电活性物质提供的法拉第电容结合提高电极材料的总比电容，且氧化还原反应主要在导电聚合物水凝胶的三维多孔网络内部产生，可有效避免自放电等问题。 

本发明的另一目的是提供一种具有氧化还原活性导电聚合物水凝胶的制备方法，以上技术方案尚未报道。 

为了实现上述的发明目的，本发明采用的技术方案如下： 

一种具有氧化还原活性的导电聚合物水凝胶的制备方法，步骤如下： 

（1）将具有氧化还原活性的复合物溶于水中，搅拌、超声，形成浓度为1-20mmol/L的溶液,备用； 

所述的具有氧化还原活性的复合物为K₃Fe(CN)₆,靛蓝二磺酸钠，KI或对苯二酚中的一种； 

（2）将聚苯乙烯磺酸盐（钠盐）溶于水中，搅拌、超声，形成分散液，并与步骤（1）的溶液混合，继续搅拌、超声，形成分散液； 

聚苯乙烯磺酸盐（钠盐）的浓度为0.2M; 

（3）将导电聚合物单体3,4-乙撑二氧噻吩（EDOT）加入步骤（2）形成的分散液中，搅拌、超声，形成反应体系； 

3,4-乙撑二氧噻吩的浓度为0.1-0.5M; 

（4）将氧化剂溶解于水中制成水溶液，一次性加入步骤(3)形成的反应体系内，混合均匀，静置，反应4-24h，将产物在蒸馏水中净化平衡2-6d，每24h换一次水，净化后的产物冷冻干燥24h，得到具有氧化还原活性的导电聚合物水凝胶； 

导电聚合物单体3,4-乙撑二氧噻吩与氧化剂的摩尔比为1:2-1:5 

氧化剂是九水合硝酸铁，六水合三氯化铁，硝酸铈铵中的任一种。