CN102863617A - 一种聚吡咯纳米微球的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚吡咯纳米微球的制备方法及应用，是以FeCl2/H2O2/H2O复合体系作为氧化体系，使用化学氧化法合成聚吡咯纳米微球，步骤依次为：按摩尔比为1∶0.01～1∶5量取吡咯单体和FeCl2；将1份吡咯单体和相应比例的FeCl2加入含有1～100份水的反应容器中，充分混合均匀；再加入一定量的H2O2，在反应温度-30℃～35℃之间进行氧化反应，反应时间6～48h；最后将反应后得到的产物进行过滤、洗涤、干燥。所述的聚吡咯纳米微球作为储能系统中超级电容器的电极材料，或者作为催化剂的负载媒介。本发明不仅工艺条件简单、路线绿色，而且所制备的聚吡咯微球结构完美，尺寸均一，可实现大规模商业化生产。

Description

一种聚吡咯纳米微球的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种聚吡咯微球的制备方法及应用，特别是涉及一种具有独特纳米结构的聚吡咯微球的绿色制备方法及应用。
背景技术
纳米导电聚合物(Nanostructured Conducting Polymers，NCPs)具有特殊的结构和优良的光、电子、电化学性能，在能源、信息贮存、光电子器件、传感器等方面具有重要的应用，是不可替代的新兴的功能材料。作为纳米导电聚合物家族中最为常见的一员，聚吡咯以其易制备，导电性可调，可逆的氧化还原性能，生物相容性和环境稳定性等优点备受关注，具有广阔的应用前景。
为制备具有特殊纳米结构的聚吡咯，已经开发出多种合成路线，主要包括模板聚合，界面聚合，种子聚合等方法，特别的是聚吡咯可以在稀盐酸环境中，过硫酸铵(APS)作为氧化剂，通过化学氧化聚合方法制备，S.Jain和S.P.Surwade等人曾将KIO3和K2Cr2O7作为氧化剂来合成导电聚合物，这些合成方法均使用了有毒有害的化学物质，对自然环境带来不可避免的有害影响，如能够采取环境友好型的绿色合成路线制备纳米结构的聚吡咯，则有望实现聚吡咯的大规模商业化生产，因此纳米结构的聚吡咯的绿色合成的研究引起了研究者的极大兴趣。
在纳米结构的导电聚合物制备方法中，采用温和的绿色的氧化剂的尝试已在进行中，H.V.R.Dias等人采用乙酸/贵金属作为氧化剂制备了纳米结构的聚苯胺(H.V.R.Dias，X.Y.Wang，R.M.G.Rajapakse and R.L.Elsenbaumer，Chem.Commun.，2006，976.)，S.P.Surwade等人采用HCl/NaCl/H2O2体系制备了聚苯胺齐聚物和纳米纤维(S.P.Surwade，S.R.Agnihotra，V.Dua，N.Manohar，S.Jain，S.Ammu and S.K.Manohar，J.Am.Chem.Soc.，2009，131，12528.)，SP.Palaniappan等人使用K2S2O8作为氧化剂合成了聚吡咯微球(SP.Palaniappan，P.Manisankar，Mater.Chem.Phys.，2010，122，15.)，然而上述合成路线有的未能达到绿色合成的要求，有的得到的产物的纳米结构和性能均不理想。
发明内容
发明针对现有纳米结构的聚吡咯制备方法的不足，本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种工艺条件简单、路线绿色环保的聚吡咯纳米微球的制备方法，以FeCl2/H2O2/H2O复合体系作为氧化体系，使用化学氧化法合成聚吡咯纳米微球，所制备的聚吡咯微球结构完美，尺寸均一。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种聚吡咯纳米微球的应用。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种聚吡咯纳米微球的绿色制备方法，其特征在于以FeCl2/H2O2/H2O复合体系作为氧化体系，使用化学氧化法合成聚吡咯纳米微球，步骤依次为：
1)按摩尔比为1∶0.01～1∶5量取吡咯单体和FeCl2；
2)将1份吡咯单体和相应比例的FeCl2加入含有1～100份水的反应容器中，充分混合均匀；这里份数采用体积份数或者摩尔份数。
3)再加入一定量的H2O2，在反应温度-30℃～35℃之间进行氧化反应，反应时间6-48h；
4)将反应后得到的产物进行过滤和洗涤，并在真空干燥箱中干燥。
作为改进，所述H2O2和吡咯单体的摩尔比是0.01∶1～20∶1。
优选，所述步骤3)的反应温度为-20℃～20℃。
最后，所述步骤4)在真空干燥箱中干燥的温度为65～75℃，时间20～28h。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种聚吡咯纳米微球的应用，其特征在于：所述的聚吡咯纳米微球作为储能系统中超级电容器的电极材料，或者作为催化剂的负载媒介。
与现有技术相比，本发明的优点在于：以FeCl2/H2O2/H2O复合体系作为氧化体系，使用化学氧化法合成聚吡咯纳米微球，不仅工艺条件简单、路线绿色环保，而且所制备的聚吡咯微球结构完美，尺寸均一，可实现大规模商业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例2的聚吡咯纳米微球的扫描电镜图片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
量取0.5ml吡咯单体放于100ml圆底烧瓶中，再向其加入50ml H2O，然后再向其加入0.05g FeCl2，磁力搅拌均匀后，再向其加入4ml H2O2，25℃下搅拌反应24小时。待反应结束，用丙酮洗涤过滤，然后在60℃真空干燥箱中干燥24小时，得到聚吡咯的粉末。
实施例2
量取1ml吡咯单体放于250ml圆底烧瓶中，再向其加入80ml H2O，然后再向其加入0.05g FeCl2，磁力搅拌均匀后，再向其加入8ml H2O2，-5℃下搅拌反应36小时。待反应结束，用丙酮洗涤过滤，然后在60℃真空干燥箱中干燥24小时，得到聚吡咯的粉末，其SEM图片如图1所示。
实施例3
量取0.5ml吡咯单体放于100ml圆底烧瓶中，再向其加入50ml H2O，然后再向其加入0.1g FeCl2，磁力搅拌均匀后，再向其加入1ml H2O2，5℃下搅拌反应12小时。待反应结束，用丙酮洗涤过滤，然后在60℃真空干燥箱中干燥24小时，得到聚吡咯的粉末。
实施例4
量取1ml吡咯单体放于250ml圆底烧瓶中，再向其加入100ml H2O，然后再向其加入0.02g FeCl2，磁力搅拌均匀后，再向其加入6ml H2O2，-20℃下搅拌反应36小时。待反应结束，用丙酮洗涤过滤，然后在60℃真空干燥箱中干燥24小时，得到聚吡咯的粉末。
实施例5
量取0.5ml吡咯单体放于250ml圆底烧瓶中，再向其加入20ml H2O，然后再向其加入0.01g FeCl2，磁力搅拌均匀后，再向其加入4ml H2O2，-10℃下搅拌反应24小时。待反应结束，用丙酮洗涤过滤，然后在60℃真空干燥箱中干燥24小时，得到聚吡咯的粉末。
实施例6
量取1ml吡咯单体放于100ml圆底烧瓶中，再向其加入20ml H2O，然后再向其加入1gFeCl2，磁力搅拌均匀后，再向其加入5ml H2O2，-20℃下搅拌反应48小时。待反应结束，用丙酮洗涤过滤，然后在60℃真空干燥箱中干燥24小时，得到聚吡咯的粉末。
实施例7
量取1ml吡咯单体放于250ml圆底烧瓶中，再向其加入80ml H2O，然后再向其加入0.5g FeCl2，磁力搅拌均匀后，再向其加入10ml H2O2，-20℃下搅拌反应48小时。待反应结束，用丙酮洗涤过滤，然后在60℃真空干燥箱中干燥24小时，得到聚吡咯的粉末。
实施例8
量取1ml吡咯单体放于250ml圆底烧瓶中，再向其加入100ml H2O，然后再向其加入1g FeCl2，磁力搅拌均匀后，再向其加入5ml H2O2，0℃下搅拌反应24小时。待反应结束，用丙酮洗涤过滤，然后在60℃真空干燥箱中干燥24小时，得到聚吡咯的粉末。

Claims (5)

1.一种聚吡咯纳米微球的制备方法，其特征在于以FeCl2/H2O2/H2O复合体系作为氧化体系，使用化学氧化法合成聚吡咯纳米微球，步骤依次为：
1)按摩尔比为1∶0.01～1∶5量取吡咯单体和FeCl2；
2)将1份吡咯单体和相应比例的FeCl2加入含有1～100份水的反应容器中，充分混合均匀；
3)再加入一定量的H2O2，在反应温度-30℃～35℃之间进行氧化反应，反应时间6～48h；
4)将反应后得到的产物进行过滤和洗涤，并在真空干燥箱中干燥。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述H2O2和吡咯单体的摩尔比是0.01∶1～20∶1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤3)的反应温度为-20℃～20℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤4)在真空干燥箱中干燥的温度为65～75℃，时间20～28h。
5.一种权利要求1～4任意一项权利要求所述的聚吡咯纳米微球的应用，其特征在于所述的聚吡咯纳米微球作为储能系统中超级电容器的电极材料，或者作为催化剂的负载媒介。
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