[发明专利]一种中空碳纳米线接枝聚苯胺的制备方法

说明书

一种中空碳纳米线接枝聚苯胺的制备方法。本发明通过溶胶‑凝胶法和热致相分离法相结合制备SiO₂纳米线。以SiO₂纳米线为模板，糠醇为碳源，得到中空碳纳米线(HCNF)。以中空碳纳米线为骨架，采用乳液聚合方法得到中空碳纳米线接枝聚苯胺。该制备方法工艺稳定、易于操作、质量可靠、成本低廉，质量轻，无污染等特点，具有很好的商业化前景。

技术领域

本发明涉及一种中空碳纳米线接枝聚苯胺制备方法，属于功能高分子材料和电化学领域。

背景技术

超级电容器由于具有输出功率大、充放电快、使用寿命长、性价比高等优点，广泛应用于电子设备、能源系统和混合动力汽车等领域，是目前主要的储能器件之一。超级电容器比普通电容器具有更高的电容(10⁵倍))，比电池具有更高的比功率。超级电容器也分为两种类型：1)双电层电容器，电极材料主要由碳基材料组成，工作原理为电极/电解液界面电荷分离；2)赝电容器，电极材料主要为金属氧化物和导电聚合物，主要通过电极表面的电活性物质与电解液之间的快速氧化还原反应而实现储能。相比较赝电容具有更高的能量密度，而双电层电容器具有更高的功率密度和循环使用性能。

基于以上原因，为了得到高能量密度、高功率密度和良好循环使用性能的超级电容器，常常将碳基材料与金属氧化物或导电聚合物材料复合，克服材料各自缺点，制备复合电极材料。例如，Wang等采用热溶液沉积法将二氧化锰(MnO₂)纳米颗粒均匀分散在TiO₂/碳纳米管上，制备出具有分层三维结构的MnO₂/TiO₂/碳纳米管复合电极。该电极的电容为5.58F/cm²，比TiO₂/原碳纳米管阵列复合电极高出11倍，在5A/g的电流密度条件下循环2000次后初始电容仍保持在88.6％左右(Wang Z,et al.,Hierarchical three-dimensionalMnO₂/carbon@TiO₂nanotube arrays for high-performancesupercapacitors.RscAdvances,2016,6,63642)。以硝酸镍为原料、氢氧化钠为沉淀剂和羟基化碳纳米管(CNT)为基质制备Ni(OH)₂/CNT复合材料，后煅烧得到NiO/CNT复合材料。在电流密度为11.2mA/cm²下，其比电容达到868.0F/g，循环使用7500次后，其比电容值仍有564.2F/g，显示出高的比电容和长的循环稳定性(徐舟,等,氧化镍/碳纳米管构筑准固态不对称超级电容器及电化学性能,化工进展,2020,,39,3001)。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种中空碳纳米线接枝聚苯胺制备方法。

一种中空碳纳米线接枝聚苯胺的制备方法，其包括如下步骤：

S1、利用淬冷的方法制备PAN/SiO₂复合纳米线；

S2、将所述PAN/SiO₂复合纳米线在400～600℃下煅烧，得到SiO₂纳米线；

S3、将糠醇、SiO₂纳米线、乙醇和水混合，分散均匀后，滴加浓度为3～5mol/L硫酸，在90℃下进行反应后，冷却，水稀释，离心，干燥得到固体产物，将所述固体产物在氩气保护下，以1～2℃/min的速率从常温升温到180～220℃，保温3～4h，接着以3～4℃/min的速率从180～220℃升温至600～650℃，保温6～7后h，将得到的产物浸泡在氢氟酸中，去除模板SiO₂，洗涤、干燥得到中空碳纳米线；

S4、将所述中空碳纳米线经活化后，用二氯亚砜进行改性，得到酰氯改性活化中空碳纳米线；