[发明专利]一种制备三明治型类石墨烯结构纳米导电高分子材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备三明治型类石墨烯结构纳米导电高分子材料的方法，高分子材料制备领域。

背景技术

在能源储存领域，以石墨烯为基底的三明治型复合材料应用于超级电容器已发展成为当今最成功的实例，究其原因是因为这种结构能够最高限度保证储存电荷的效率及避免充放电过程中相应离子从此体系中迁出及迁入对体系稳定性带来的破坏，从而保证器件能够高效率高寿命的工作。近年来，许多研究者通过结合石墨烯等碳材料和导电高分子材料的优异性能，制备出了三明治型的纳米级导电高分子材料，具有良好的电化学性能。

目前，合成三明治型导电高分子材料的方法主要以复合及化学/电化学沉积为主，复合过程首先是制备、处理基底物质，然后通过其他方法，如水热法、界面聚合法、化学氧化法将待复合物质单体加入，反应制备成最终的产物。如青岛科技大学曾在欧洲聚合物杂志上发表了一种以石墨烯为中间层复合的三明治型聚苯胺/石墨烯纳米片材料，合成过程分为三个步骤：首先是氧化石墨烯(GO)的制备，然后是GO的还原处理，最后是聚苯胺-石墨烯复合材料的合成；华沙大学在固体薄膜期刊上报道过用化学沉积法在涂有硫醇的金基底上制备出一种聚合物-硫醇单分子层-金的三明治结构材料。

上述制备三明治结构材料的技术手段多为分步进行，工艺较为复杂且成本较高。

发明内容

本发明的目的是一种制备三明治型类石墨烯结构纳米导电高分子材料的方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种制备三明治型类石墨烯结构纳米导电高分子材料的方法，包括如下步骤：

第一步：将配制好的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液，于室温下静置4h以上；

第二步：将苯胺加入上述SDS溶液中，静置12h以上；

第三步：将樟脑磺酸以固体形式加入到第二步溶液中，实时监控溶液pH变化；

第四步：当溶液pH＝2.1±0.05，加引发剂过硫酸铵(APS)进行引发，反应24h以上后得到聚苯胺产物。

进一步，苯胺、过硫酸铵和樟脑磺酸的摩尔比为1:1:1，SDS与苯胺的摩尔比为1:10。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明仅采用一步法就可以合成三明治型导电高分子材料，工艺简单，有利于工业大规模生产；2、本发明采用软化学制备法，原料简单易得，且合成条件温和(室温)；3、胶束模板作为三明治结构中间层，其刚性程度能够保证三明治结构的稳定性，有望成为继石墨烯之后另一类具有潜在应用价值的体系。

附图说明

附图1为本发明纳米级聚苯胺透射电镜图。

附图2为本发明三明治型纳米片状聚苯胺核磁追踪图。

具体实施方式

本发明三明治型纳米聚苯胺结构的具体步骤如下：

(1)称取0.046g SDS于烧杯中加20ml蒸馏水溶解，浓度为0.008M，25摄氏度恒温静置4h以上；

(2)减量法称取0.160g苯胺(浓度0.086M)于SDS溶液中，25摄氏度恒温静置12h以上；

(3)加入0.400g固体樟脑磺酸(浓度0.086M)于步骤2中的苯胺、SDS混合溶液，并实时监控溶液pH值；

(4)当pH值为2.1±0.05时，加入预先配好的过硫酸铵溶液引发聚合(浓度0.086M)，反应24h，离心洗涤后可得三明治型片状结构导电聚苯胺纳米材料，附图1为其透射电镜图。从附图1中可以看到聚苯胺为较规整的片状聚集态。

(5)取上述pH值为最大时的溶液0.5ml于核磁管中，加入0.05ml，浓度为0.086M引发剂APS，保持苯胺、樟脑磺酸与过硫酸铵浓度比仍为1:1:1。利用核磁共振技术对其聚合过程进行了表征，附图2为其核磁共振追踪图。对附图2做进一步分析，说明其结构为三明治型(片状聚苯胺-SDS刚性模板-片状聚苯胺)。