CN104892935B - 一种合成聚苯胺纳米管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚苯胺纳米管制备方法。以樟脑磺酸为掺杂酸，将苯胺单体均匀分散于樟脑磺酸水溶液中，以过硫酸铵为引发剂，置于稳态静磁场（0.5特斯拉~10 特斯拉）下静置反应24小时，原位聚合得到聚苯胺纳米管材料（如图1）。本发明的聚苯胺纳米管材料平均管长为0.3~0.5微米，外径为120~130纳米，内径为50~60 纳米。本发明的聚苯胺纳米管材料具有高比电容和较强的电磁波吸收性能，可广泛应用于超级电容器以及电磁屏蔽领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成聚苯胺纳米管的方法，具体涉及一种在稳态静磁场下合成聚苯胺纳米管的新方法，属于纳米材料的制备及其应用领域。
背景技术
聚苯胺既有塑料的密度，又具有金属的导电性和塑料的可加工性，还具备金属和塑料所欠缺的化学和电化学性能，在国防工业上可用作隐身材料、防腐材料，民用上可用作金属防腐蚀材料、抗静电材料、电子化学品等。广阔的应用前景和市场前景使其成为目前世界各国争相研究、开发的热门材料。聚苯胺的结构决定其形貌的特异性，而形貌很大程度上决定着其电学、磁学及光学等性能，研究得较多的有聚苯胺纳米线、纳米球和纳米管。其中，聚苯胺纳米管材料既有聚苯胺良好的电容性及良好的电磁屏蔽性能，同时兼具良好的力学、电学及化学性能来实现聚苯胺纳米管材料在增强导电率、电磁屏蔽、电磁波吸收等方面的广泛应用。
万梅香、龙云泽等人[L. J. Zhang, Y. Z. Long, Z. J. Chen, M. X. Wang,Adv. Funct. Mater., 2004, 14, 693.]曾研究了通过有机模板法制备聚苯胺纳米管。再如专利申请号为201410376418的发明专利公开了一种导电聚苯胺纳米管及其制备方法。该方法将苯胺分散在含有不同比例尿素的水溶液中，在冰水浴的条件下，充分搅拌，得到均匀的混合溶液。然后逐滴加入氧化引发剂—过硫酸铵，引发苯胺聚合，在搅拌条件下反应12小时，随后用2毫升1摩尔/升的盐酸溶液对生成物进行掺杂，得到具有管状结构的导电聚苯胺纳米管。综上所述，目前常用的是有机模板法或掺杂法制备聚苯胺纳米管，但是尚无采用磁场诱导来合成聚苯胺纳米管的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种合成聚苯胺纳米管的新方法，所制备的聚苯胺纳米管具有高比电容和较强的电磁波吸收性能。
本发明的一种合成聚苯胺纳米管的方法，包括下述步骤：
（1）将苯胺单体加入到樟脑磺酸水溶液中，搅拌至分散均匀，然后在20~30摄氏度环境下，将分散溶液置于0.5~10特斯拉的稳态静磁场下静置0.5~2小时，得苯胺混合液；
（2）向上述苯胺混合液中滴加过硫酸铵水溶液，反应温度控制在20~30摄氏度，滴加完毕后，将反应液置于0.5~10特斯拉的稳态静磁场下，继续静置反应20~30小时，过滤，洗涤干燥，即得到聚苯胺纳米管。
作为优选，所述樟脑磺酸与苯胺单体的摩尔比为4:1~1:1，过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为2:1~1:2。
步骤（1）所述樟脑磺酸水溶液浓度1~4克/升。
优选的，步骤（1）中苯胺单体加入到樟脑磺酸水溶液后匀速搅拌至少10分钟。
步骤（2）中过硫酸铵水溶液浓度为5~20克/升。
步骤（2）中滴加完过硫酸铵水溶液后，将混合溶液置于0.5特斯拉 ~ 10 特斯拉稳态静磁场下，继续静置反应24小时。
优选的，步骤（2）洗涤时分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，置于60摄氏度真空烘箱中真空干燥16~24小时，即得到聚苯胺纳米管材料。
本发明以樟脑磺酸为掺杂酸，将苯胺单体均匀分散于樟脑磺酸水溶液中，以过硫酸铵为引发剂，原位聚合得到聚苯胺纳米管材料。所得聚苯胺纳米管的平均管长为0.3~0.5微米，外径为120~130纳米，内径为50~60纳米。本发明的聚苯胺纳米管材料的比电容达到117.6 F·g-1，在9~12GHz频段内吸波强度可达到-15 dB，可广泛应用于超级电容器以及电磁屏蔽领域。
附图说明
图1为制备的聚苯胺纳米管材料扫描电子显微镜照片。
图2为制备的聚苯胺纳米管材料在2~18 GHz频段内的电磁波反射损耗图。
图3为制备的聚苯胺纳米管材料在1 M硫酸中恒流充放电曲线。
具体实施方式
下述实施例是对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。
实施例1
（1）将苯胺单体加入到浓度3.5克/升樟脑磺酸水溶液中，搅拌10分钟至均匀分散，在25摄氏度环境下，置于稳态静磁场（磁场强度为5特斯拉）下静置1小时；樟脑磺酸与苯胺单体的摩尔比为1:1；
（2）取10克/升的过硫酸铵水溶液，并滴加到上述步骤所得分散液中，反应温度控制在25摄氏度，滴加完毕后，将反应混合溶液置于稳态静磁场（磁场强度为5特斯拉）下，继续静置反应24小时；过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为1:1；
（3）将上述得到的产物抽滤，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，置于60摄氏度真空烘箱中，真空干燥20小时，即得到聚苯胺纳米管。图1为制备的聚苯胺纳米管材料扫描电子显微镜照片，放大倍数为三万倍，图中显示平均管长为0.3~0.5微米，外径为120~130纳米，内径为50~60 纳米；图2为制备的聚苯胺纳米管材料在2-18 GHz频段内的电磁波反射损耗图，如图所示，聚苯胺纳米管在9-12GHz频段内吸波强度可达到-15 dB；图3为聚苯胺材料在1 M硫酸中恒流充放电曲线，采用0.1A·g-1电流进行循环充放电测试，充电时间为1800s，放电时间为1176s，由图中数据得算出聚苯胺纳米管的比电容可达0.1 A·g-1×1176s = 117.6 F·g-1。
实施例2
（1）将苯胺单体加入到浓度2克/升樟脑磺酸水溶液中，搅拌10分钟至均匀分散，在20摄氏度环境下，置于稳态静磁场（磁场强度为1特斯拉）下静置1小时；樟脑磺酸与苯胺单体的摩尔比为4:1；
（2）取5克/升的过硫酸铵水溶液，并滴加到上述步骤所得分散液中，反应温度控制在20摄氏度，滴加完毕后，将反应混合溶液置于置于稳态静磁场（磁场强度为1特斯拉）下，继续静置反应24小时；过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为2:1；
（3）将上述得到的产物抽滤，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，置于60摄氏度真空烘箱中，真空干燥24小时，即得到聚苯胺纳米管。
实施例3
（1）将苯胺单体加入到浓度2.5克/升樟脑磺酸水溶液中，搅拌10分钟至均匀分散，在30摄氏度环境下，置于稳态静磁场（磁场强度为10特斯拉）下静置1小时；樟脑磺酸与苯胺单体的摩尔比为2:1；
（2）取20克/升的过硫酸铵水溶液，并滴加到上述步骤所得分散液中，反应温度控制在30摄氏度，滴加完毕后，将反应混合溶液置于置于稳态静磁场（磁场强度为10特斯拉）下，继续静置反应24小时；过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为1:2；
（3）将上述得到的产物抽滤，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤至滤液呈无色，置于60摄氏度真空烘箱中，真空干燥20小时，即得到聚苯胺纳米管。
Claims (4)
1.一种合成聚苯胺纳米管的方法，包括下述步骤：
（1）将苯胺单体加入到樟脑磺酸水溶液中，搅拌至分散均匀，然后在20~30摄氏度环境下，将分散溶液置于0.5~10特斯拉的稳态静磁场下静置0.5~2小时，得苯胺混合液；
（2）向上述苯胺混合液中滴加过硫酸铵水溶液，反应温度控制在20~30摄氏度，滴加完毕后，将反应液置于0.5~10特斯拉的稳态静磁场下，继续静置反应20~30小时，过滤，洗涤干燥，即得到聚苯胺纳米管；
所述樟脑磺酸与苯胺单体的摩尔比为4:1~1:1，过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为2:1~1:2。
2.如权利要求1所述合成聚苯胺纳米管的方法，其特征在于，步骤（1）所述樟脑磺酸水溶液浓度1~4克/升。
3.如权利要求1所述合成聚苯胺纳米管的方法，其特征在于，步骤（2）中过硫酸铵水溶液浓度为5~20克/升。
4.如权利要求1所述合成聚苯胺纳米管的方法，其特征在于，步骤（2）中滴加完过硫酸铵水溶液后，将混合溶液置于稳态静磁场下，继续静置反应24小时。
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