[发明专利]一种导电聚合物空心球PACP@碳化钛复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导电聚合物空心球PACP@碳化钛复合材料及其制备方法，该制备方法在低温条件下经过化学氧化法将PACP(聚苯胺PANI与聚吡咯PPy的共聚物)与超薄碳化钛进行复合得Ti₃C₂@PACP空心球纳米复合材料作为超级电容器的电极材料，该原位聚合法操作简单高效且环保，利用空心球状PACP与层状超薄Ti₃C₂进行复合，使二者能够更充分的接触、比表面积更大、更有利于粒子传输和扩散等，提高其用于超级电容器电极的储能性能。

【技术领域】

本发明属于超级电容器电极材料制备技术领域，具体涉及一种导电聚合物空心球PACP@碳化钛复合材料及其制备方法。

【背景技术】

全球化石能源的损耗以及环境问题的加剧，激发了人们开发绿色新能源的兴趣，作为新型储能设备，超级电容器因其突出的优势而受到广泛关注。与传统的电池相比，超级电容器具有充电时间短、循环稳定性突出、安全性高、组装简单、功率性能高、可逆性良好等诸多优点，受到了科研工作者的广泛关注。毋庸置疑，不久的将来，超级电容器将会遍布人们生活的方方面面，小到穿衣住行、大到工业军事，具有广阔的发展前景和应用市场。根据储能机理的不同，超级电容器可以划分成三类：(1)双电层电容器(EDLCs)，典型的电极材料是碳材料，如活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维、多孔碳等，成本低廉、稳定性好，但是由于碳材料与电解液间的接触面积有限，从而限制其能量存储性能的提高；(2)法拉第准电容器即赝电容电容器(PCs)，典型的电极材料有金属氧化物和导电聚合物；(3)混合超级电容器(HCs)，其储能原理基于前两者的结合，两电极所采用不同的电极材料，其中，正极一般使用金属氧化物或导电聚合物，负极多为碳基材料。

近年来新兴的二维碳化钛是一种类石墨烯状的片层材料，超薄二维纳米片由于其独特的形貌结构、较小的颗粒尺寸、较大的表面体积比和原子级的层片厚度而具有超强的催化性能、光伏性能和电化学性能，在功能陶瓷、光催化、锂离子电池、太阳能电池、生物传感器等方面得到了广泛的应用。聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy)作为导电聚合物大家族中的关键成员，具有独特的掺杂/去掺杂机制、高赝电容、良好的电导性、耐腐蚀性、比能量高、环境友好以及易于改性等特点受到电极研发界的广泛关注。但在工作中当电压窗口高于一定的额度值时，材料很可能面临降解的风险，而低于一定的电势窗口时，材料易转变为绝缘体。工作过程中离子的嵌入脱出易导致聚合物的膨胀收缩，很大程度上影响了材料循环稳定性，限制其应用，因此，需要通过改性来增强电化学性能以期实现其在储能领域的实际应用。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种导电聚合物空心球PACP@碳化钛复合材料及其制备方法；该方法用于解决现有的二维碳化钛材料在应用过程中材料的循环特性不稳定的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种导电聚合物空心球PACP@碳化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，通过LiF和Ti₃AlC₂制备片层状的Ti₃C₂；

步骤2，将苯胺、吡咯和TX-100加入至去离子水中，依次搅拌、超声和水浴后，得到混合溶液C；在混合溶液C中加入预冷后的过硫酸铵溶液，搅拌反应后得到反应液D；

步骤3，将步骤1得到的Ti₃C₂超声分散后预冷，得到分散液E；混合反应液D和分散液E，搅拌后静置，得到悬浊液F，将悬浊液F抽滤后得到沉淀物，将沉淀物通过去离子水清洗，将清洗后的沉淀物冷冻干燥后得到粉末状的导电聚合物空心球PACP@碳化钛复合材料。

本发明的进一步改进在于：