CN102660754A - 高比电容聚吡咯碳纳米管复合物的制备方法 - Google Patents

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颜蔚
董琪琪
王响
邓唯
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Abstract

本发明涉及一种反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜超级电容器电极材料的制备。该体系以碳纳米管和聚吡咯的复合物为主体，结合其它模版修饰其结构而成。本发明通过一步法得到含模板的碳纳米管聚吡咯复合物电极，该电极主要应用于超级电容器，其电学性质优良，比电容可达423F/g。与现有技术相比，本发明能够既环保又快捷的制备出高质量的复合物膜，且反应条件温和，成本低，膜厚可以通过改变沉积电位来控制。

Description

高比电容聚吡咯碳纳米管复合物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜超级电容器电极材料的制备。
技术背景
聚吡咯是一种常用的导电聚合物，具有稳定性好，电化学比电容高和导电性强等特性，但是机械性能欠佳。碳纳米管具有高的比表面积，优良的机械性能和较高的比电容等特性，可以弥补聚吡咯机械性能差的缺点。因此将碳纳米管和聚吡咯的复合后的材料将拥有更高的稳定性，更高的比电容和导电性，以及优良的机械性能。
一个理想的超级电容器材料需要许多优良的性质，如高的比较面积，优良的电导性，大的赝电容，及离子可以快速进出电极等性质。这就要求超级电容器电极材料在结构上有三维网状的小孔，和供离子进出的大孔。简单的碳纳米管和聚吡咯的复合材料虽然有三维网状结构，但是缺乏供离子进出的大孔，因此不能作为一种优良的超级电容器电极材料。
蛋白石模版因其巧妙的三维结构以及特殊的性质而广受关注，将碳纳米管和聚吡咯复合物在蛋白石模版上合成可以得到具有有序大孔结构的反蛋白石复合物。反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物一般需要通过多步法合成，而本发明提出的方法只要一步电聚合就可以得到比电容高于传统聚吡咯碳纳米管复合物的反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜。
发明内容
本发明针对难以通过电化学法合成反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜的技术问题，提出一种合理的电化学合成反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜的方法，并对这种材料的比电容做了测试。
为实现上述目的，本发明提出一种合成反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜的方法，它由制备二氧化硅球的蛋白石模版，和在此模版上用电化学法合成反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜两步组成。
反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜的制备方法，该方法具有以下工艺过程：
    反蛋白石聚吡咯负极材料的制备：采用覆盖二氧化硅球蛋白石模板的金片为工作电极，参比电极和对电极分别为饱和甘汞电极和Pt丝电极，组成的三电极体系，电解液为包含质量百分比为0.3%的MWCNTs（多壁碳纳米管）和0.1M吡咯单体的二次去离子水溶液，并以氮气为保护气在一定电势范围(-0.5V～0.7V)进行循环伏安电势扫描。最后通过HF去除硅球，得到了反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜。
第一步为垂直沉积法合成二氧化硅球的蛋白石模版。实验所用的二氧化硅直径为0.25mm，用到的实验金片为在石英喷涂200nm厚的金片。金片在使用前，先用丙酮，乙醇，去离子水冲洗数次，接着将它垂直悬挂在一定浓度的含单分散二氧化硅球的乙醇溶液中，恒温下持续48小时，完成二氧化硅球在金片上的自组装。
第二步为电化学法合成反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜。吡咯在使用前先进行减压蒸馏处理，并通过三电极系统的循环伏安聚合法进行电聚合。本实验用覆盖蛋白石模板的金片作为工作电极来组成三电极体系，参比电极和对电极分别为饱和甘汞电极和Pt丝电极，电解液为包含质量百分比为0.3%的MWCNTs（多壁碳纳米管）和0.1M吡咯单体的二次去离子水溶液，并以氮气为保护气在一定电势范围(-0.5V～0.7V)进行循环伏安电势扫描。最后通过HF去除硅球，得到了反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜。
本发明上述的反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜的制备方法，与现有技术相比，能够既环保又快捷的制备出高质量的复合物膜，且反应条件温和，成本低，膜厚可以通过改变沉积电位来控制。
附图说明
图1为反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜的扫描电镜图。
图2为反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜在1M KCl溶液中的循环伏安图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明：
实施例一：具体步骤如下：
第一步为垂直沉积法合成二氧化硅球的蛋白石模版。实验所用的二氧化硅直径为0.5mm，用到的实验金片为在石英喷涂200nm厚的金片。金片在使用前，先用丙酮，乙醇，去离子水冲洗数次，接着将它垂直悬挂在一定浓度的含单分散二氧化硅球的乙醇溶液中，恒温下持续48小时，完成二氧化硅球在金片上的自组装。
第二步为电化学法合成反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜。吡咯在使用前先进行减压蒸馏处理，并通过三电极系统的循环伏安聚合法进行电聚合。本实验用覆盖蛋白石模板的金片作为工作电极来组成三电极体系，参比电极和对电极分别为饱和甘汞电极和Pt丝电极，电解液为包含质量百分比为0.3%的MWCNTs（多壁碳纳米管）和0.1M吡咯单体的二次去离子水溶液，并以氮气为保护气在一定电势范围(-0.5V～0.7V)进行循环伏安电势扫描。再通过HF去除硅球，得到了反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜。
第三步为不同扫速下的比电容测试。本实验用新制备的反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜作为工作电极来组成三电极体系，参比电极和对电极分别为饱和甘汞电极和Pt丝电极，电解液为1M KCl溶液，并以氮气为保护气在一定电势范围(-0.4V～0.2V)进行循环伏安电势扫描。分析实验结果，可以得到最大电容为423F/g，这个数据高于一般的实验室产品。

Claims (1)

1.高比电容聚吡咯碳纳米管复合物的制备方法，其特征是该方法具有以下工艺过程：用覆盖蛋白石模板的金片作为工作电极来组成三电极体系，参比电极和对电极分别为饱和甘汞电极和铂丝电极，电解液为包含质量百分比为0.3%的多壁碳纳米管和0.1M吡咯单体的二次去离子水溶液，并以氮气为保护气在-0.5V～0.7V电势范围进行循环伏安电势扫描；最后通过HF去除硅球，得到了反蛋白石聚吡咯碳纳米管复合物膜。
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