[发明专利]一种聚合物包覆碳纳米管复合材料、制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚合物包覆碳纳米管复合材料、制备方法和应用。首先，通过席夫碱反应，将含有醛基官能团的单体与氨基化的碳纳米管反应。其次，加入适当摩尔量的含氨基官能团的单体，通过化学反应和氢键作用力制备高分子聚合物包覆碳纳米管的复合材料。最后，将其用于电极材料，研究高分子聚合物包覆碳纳米管的复合材料的电化学行为。

技术领域

本发明涉及一种聚合物包覆碳纳米管复合材料、制备方法和应用。

背景技术

随着科技的发展，社会的进步，人类对能源的需求量越来越大，因而由能源危机引发的问题也日益严重。碳材料作为能源材料的一种，被广泛的应用在超级电容器，氧化还原反应等领域中。但是，碳材料表面润湿性差，电荷分布均匀的特点使得其电化学性能表现不佳。因此，需要对纯碳材料进行改性，以期获得优异的电化学性能。近年来，通过杂原子改性碳材料的策略屡见不鲜，并且已经逐渐成为了能源领域的一大研究热点。杂原子的掺杂不仅可以改善碳材料的表面润湿性，改变碳材料的电荷分布，而且还可以提供赝电容，从而提高碳材料的电化学性能。但是，此类能源材料的制备方法复杂且耗能高。

互穿网络结构高分子聚合物的孔结构有利于电解质的传输，但该类材料大都不导电，不利于电荷传输，很难将其直接应用于电极材料。因此，如何改善互穿网络结构高分子聚合物的导电性决定高分子材料能否直接应用于电极材料。碳纳米管具有诸多的优异性能，如：力学、电学和化学性能，并且将其与其他工程材料复合，制成碳纳米管复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。因此，近年来碳纳米管的复合材料被科研人员广泛关注，其广阔的应用前景也不断地展现出来。然而，目前可用于超级电容器的高分子聚合物包覆碳纳米管的复合材料的制备鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物包覆碳纳米管复合材料、制备方法和应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种聚合物包覆碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)反应体系的制备：将醛基单体溶解于溶剂中，加入氨基化碳纳米管，于25～35℃下搅拌，得到反应体系，所述反应体系中氨基化碳纳米管均匀分散于醛基单体的溶液；其中，所述醛基单体和溶剂配比为0.01mmol：30～50mL，醛基单体和氨基化碳纳米管的质量比为1：10～20；

2)高分子聚合物的包覆：向反应体系中加入氨基单体，室温搅拌5～8h，得到聚合物包覆碳纳米管的复合材料；其中，氨基单体和醛基单体的摩尔比为1：0.85～1.25。

在本发明一较佳实施例中，所述醛基单体包括：

对苯二醛，结构式：

1,3,5-三(4-甲酰基苯基)苯，结构式：

在本发明一较佳实施例中，所述溶剂包括甲醇、乙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺。

在本发明一较佳实施例中，所述氨基单体包括：

三(4-氨苯基)胺，结构式：

1,3,5-三(4-氨苯基)苯，结构式：

2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪，结构式：

在本发明一较佳实施例中，所述步骤1)将醛基单体溶解于溶剂中，30～35℃下搅拌10～15分钟，再将氨基化碳纳米管分散于醛基单体的溶液中，室温下搅拌10～15分钟。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤2)将搅拌后得到黑褐色沉淀离心，得到聚合物包覆碳纳米管的复合材料。

本发明还提供了上述制备方法制备的聚合物包覆碳纳米管复合材料，其结构单元为碳纳米管外部包覆具有互穿网络聚合物高分子。所述聚合物包覆碳纳米管复合材料电容值为90～125F/g。