CN110957144A - 一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超级电容器技术领域,且公开了一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法,包括以下配方原料:纳米α‑MoO3‑碳纳米管复合材料,吲哚甲酯噻吩衍生物、三氯化铁、过硫酸钾。该一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法,纳米α‑MoO3‑碳纳米管复合材料,作为超级电容器电极材料的基体,避免了MoO3在电解液中分散不均匀,导致团聚和结块的现象,增大了电极材料的电化学活性位点,碳纳米管优异的导电性能,加速了电子扩散和传输,使用吲哚甲酯噻吩衍生物在纳米α‑MoO3‑碳纳米管复合材料表面原位聚合形成聚(吲哚‑噻吩)类聚合物,其具有优异的导电性能,并且聚合物分子之间存在大量的孔道结构,为电荷和金属离子提高了传输通道。

Description

一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法
技术领域
本发明涉及超级电容器技术领域,具体为一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法。
背景技术
超级电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,它既具有电池的储能特性,又具有电容器快速充放电的特性,超级电容器具有功率密度大、循环稳定性好、使用寿命长等优点,是一种新型的绿色环保电源,超级电容器可以通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量,当电极与电解液接触时,在固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷。
双电层电容器根据电极材料的不同,可以分为碳电极双层超级电容器,如活性炭、纳米碳纤维、纳米碳管等碳材料;有机聚合物电极超级电容器,如聚苯胺、聚噻吩等材料,金属氧化物电极超级电容器,如贵金属RuO2、过渡金属氧化物如NiO、V2O5等材料,MoO3具有良好的电化学活性,是一种极具潜力的超级电容器电极材料,但是目前的MoO3的导电性较差,电荷迁移电阻较大,阻碍了电荷和金属离子在电极材料和电解液之间的传输和扩散,抑制了电极电化学反应的正向进行,并且MoO3在电解液分散性较差,很容易团聚成大颗粒,降低了电极材料与电解质之间的接触面积。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法,解决了MoO3的导电性较差的问题,并且MoO3在电解液分散性较差,容易团聚的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法,包括以下按重量份数计的配方原料:40-58份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,10-15吲哚甲酯噻吩衍生物、20-28份三氯化铁、12-17份过硫酸钾。
优选的,所述纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料制备方法包括以下步骤:
(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂,依次加入羟基化碳纳米管和硅烷偶联剂,将溶液置于水浴锅中加热至80-90 ℃,匀速搅拌反应15-20 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到改性碳纳米管。
(2)向反应瓶中加入适量的去离子水溶剂,加入(NH4)6Mo7O24、柠檬酸和改性碳纳米管,将反应瓶置于超声处理仪中,加热至60-70 ℃,超声频率为20-25 KHz,进行超声分散处理1-2 h,将溶液转移进水热自动反应釜中,加热至170-180 ℃,匀速搅拌反应25-30 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,将固体产物置于电阻炉中,升温速率为5-10 ℃,在550-580 ℃下保温煅烧4-5 h,制备得到纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料。
优选的,所述羟基化碳纳米管中羟基含量为5-6%。
优选的,所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷。
优选的,所述羟基化碳纳米管和硅烷偶联剂质量比为22-25:1。
优选的,所述(NH4)6Mo7O24、柠檬酸和改性碳纳米管,三者质量比为12-15:1:3-5。
优选的,所述吲哚甲酯噻吩衍生物制备方法包括以下步骤:
(1)向反应瓶中通入N2,依次加入甲苯溶剂、吲哚-4-羧酸、3-噻吩甲醇和催化剂对甲基苯磺酸(TsOH),将反应瓶置于油浴锅中加热至110-120 ℃,匀速搅拌回流反应20-25 h。
(2)反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程,当吲哚-4-羧酸反应完全后,将溶液减压浓缩除去溶剂,然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离,洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=1:1-3,将分离得到的含有产品的洗脱剂富集,并通过减压浓缩和真空抽滤蒸馏除去洗脱剂,制备得到吲哚甲酯噻吩衍生物,反应方程式如下:
Figure 617742DEST_PATH_IMAGE001
优选的,所述吲哚-4-羧酸、3-噻吩甲醇和对甲基苯磺酸,三者物质的量摩尔比为1-1.2:1:0.05-0.1。
优选的,所述导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料制备方法包括以下步骤:
(1)向反应瓶中通入N2,加入三氯甲烷和乙腈混合溶剂,两者体积比为2-3:1,再加入40-58份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料和10-15吲哚甲酯噻吩衍生物,将反应瓶置于超声处理仪中,超声频率为20-25 KHz,进行超声分散处理1-2 h。
(2)向上述反应瓶中加入20-28份三氯化铁和12-17份过硫酸钾,并置于低温冷却仪中,在-10-0 ℃下匀速搅拌反应30-35 h,将溶液减压浓缩除去溶剂,使用适量的去离子水和乙醚洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比,本发明具备以下有益的技术效果:
该一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法,使用原位法使纳米α-MoO3均匀地分在碳纳米管的巨大的比表面和丰富层间距孔隙之间,形成纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,作为超级电容器电极材料的基体,避免了MoO3在电解液中分散不均匀,而团聚和结块的现象,增大了电极材料的电化学活性位点,并且碳纳米管具有优异的导电性,降低了电极材料的电荷迁移电阻,加速了电子在电极材料和电解液之间的扩散和传输,促进了电化学反应产生的正向进行,提高了超级电容器比容量和赝电容。
该一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法,使用吲哚甲酯噻吩衍生物在纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料表面原位聚合形成聚(吲哚-噻吩)类聚合物,其具有优异的导电性能,并且聚合物分子之间存在大量的孔道结构,为电荷和金属离子提高了传输通道,促进了荷和金属离子和金属离子的传输过程,增强了超级电容器的倍率性能和电化学循环稳定性。
该一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法,纳米α-MoO3中的Mo-O键极化效应增强,晶体结晶度较低,降低了MoO3内部的电荷转移电阻,使用硅烷偶联剂改性纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,增强了复合材料与聚(吲哚-噻吩)类聚合物的相容性,使导电聚合物更好地对复合材料进行包覆。
具体实施方式
为实现上述目的,本发明提供如下具体实施方式和实施例:一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法,包括以下按重量份数计的配方原料:40-58份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,10-15吲哚甲酯噻吩衍生物、20-28份三氯化铁、12-17份过硫酸钾。
纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料制备方法包括以下步骤:
(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂,依次加入羟基化碳纳米管和硅烷偶联剂,羟基化碳纳米管中羟基含量为5-6%,硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷,两者质量比为22-25:1,将溶液置于水浴锅中加热至80-90 ℃,匀速搅拌反应15-20 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到改性碳纳米管。
(2)向反应瓶中加入适量的去离子水溶剂,加入(NH4)6Mo7O24、柠檬酸和改性碳纳米管,三者质量比为12-15:1:3-5,将反应瓶置于超声处理仪中,加热至60-70 ℃,超声频率为20-25 KHz,进行超声分散处理1-2 h,将溶液转移进水热自动反应釜中,加热至170-180℃,匀速搅拌反应25-30 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,将固体产物置于电阻炉中,升温速率为5-10 ℃,在550-580 ℃下保温煅烧4-5 h,制备得到纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料。
吲哚甲酯噻吩衍生物制备方法包括以下步骤:
(1)向反应瓶中通入N2,依次加入甲苯溶剂、吲哚-4-羧酸、3-噻吩甲醇和催化剂对甲基苯磺酸(TsOH),三者物质的量摩尔比为1-1.2:1:0.05-0.1,将反应瓶置于油浴锅中加热至110-120 ℃,匀速搅拌回流反应20-25 h。
(2)反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程,当吲哚-4-羧酸反应完全后,将溶液减压浓缩除去溶剂,然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离,洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=1:1-3,将分离得到的含有产品的洗脱剂富集,并通过减压浓缩和真空抽滤蒸馏除去洗脱剂,制备得到吲哚甲酯噻吩衍生物,反应方程式如下:
Figure 901699DEST_PATH_IMAGE001
导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料制备方法包括以下步骤:
(1)向反应瓶中通入N2,加入三氯甲烷和乙腈混合溶剂,两者体积比为2-3:1,再加入40-58份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料和10-15吲哚甲酯噻吩衍生物,将反应瓶置于超声处理仪中,超声频率为20-25 KHz,进行超声分散处理1-2 h。
(2)向上述反应瓶中加入20-28份三氯化铁和12-17份过硫酸钾,并置于低温冷却仪中,在-10-0 ℃下匀速搅拌反应30-35 h,将溶液减压浓缩除去溶剂,使用适量的去离子水和乙醚洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料。
实施例1
(1)制备改性碳纳米管组分1:向反应瓶中加入乙醇溶剂,依次加入羟基化碳纳米管和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷,两者质量比为22:1,将溶液置于水浴锅中加热至80℃,匀速搅拌反应15 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到改性碳纳米管组分1。
(2)制备纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料1:向反应瓶中加入适量的去离子水溶剂,加入(NH4)6Mo7O24、柠檬酸和改性碳纳米管组分1,三者质量比为12:1:3,将反应瓶置于超声处理仪中,加热至60 ℃,超声频率为20 KHz,进行超声分散处理1 h,将溶液转移进水热自动反应釜中,加热至170 ℃,匀速搅拌反应25 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,将固体产物置于电阻炉中,升温速率为5 ℃,在550 ℃下保温煅烧4 h,制备得到纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料1。
(3)制备吲哚甲酯噻吩衍生物1:向反应瓶中通入N2,依次加入甲苯溶剂、吲哚-4-羧酸、3-噻吩甲醇和催化剂对甲基苯磺酸(TsOH),三者物质的量摩尔比为1:1:0.05,将反应瓶置于油浴锅中加热至110 ℃,匀速搅拌回流反应20 h,反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程,当吲哚-4-羧酸反应完全后,将溶液减压浓缩除去溶剂,然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离,洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=1:3,将分离得到的含有产品的洗脱剂富集,并通过减压浓缩和真空抽滤蒸馏除去洗脱剂,制备得到吲哚甲酯噻吩衍生物1。
(4)制备导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料1:向反应瓶中通入N2,加入三氯甲烷和乙腈混合溶剂,两者体积比为2:1,再加入58份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料1和10吲哚甲酯噻吩衍生物1,将反应瓶置于超声处理仪中,超声频率为20 KHz,进行超声分散处理1h,向反应瓶中加入20份三氯化铁和12份过硫酸钾,并置于低温冷却仪中,在0 ℃下匀速搅拌反应30 h,将溶液减压浓缩除去溶剂,使用适量的去离子水和乙醚洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料1。
实施例2
(1)制备改性碳纳米管组分2:向反应瓶中加入乙醇溶剂,依次加入羟基化碳纳米管和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷,两者质量比为25:1,将溶液置于水浴锅中加热至80℃,匀速搅拌反应20 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到改性碳纳米管组分2。
(2)制备纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料2:向反应瓶中加入适量的去离子水溶剂,加入(NH4)6Mo7O24、柠檬酸和改性碳纳米管组分2,三者质量比为15:1:3,将反应瓶置于超声处理仪中,加热至70 ℃,超声频率为20 KHz,进行超声分散处理1 h,将溶液转移进水热自动反应釜中,加热至170 ℃,匀速搅拌反应30 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,将固体产物置于电阻炉中,升温速率为5 ℃,在580 ℃下保温煅烧4 h,制备得到纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料2。
(3)制备吲哚甲酯噻吩衍生物2:向反应瓶中通入N2,依次加入甲苯溶剂、吲哚-4-羧酸、3-噻吩甲醇和催化剂对甲基苯磺酸(TsOH),三者物质的量摩尔比为1.2:1:0.1,将反应瓶置于油浴锅中加热至110 ℃,匀速搅拌回流反应20 h,反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程,当吲哚-4-羧酸反应完全后,将溶液减压浓缩除去溶剂,然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离,洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=1:3,将分离得到的含有产品的洗脱剂富集,并通过减压浓缩和真空抽滤蒸馏除去洗脱剂,制备得到吲哚甲酯噻吩衍生物2。
(4)制备导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料2:向反应瓶中通入N2,加入三氯甲烷和乙腈混合溶剂,两者体积比为3:1,再加入54份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料2和11吲哚甲酯噻吩衍生物2,将反应瓶置于超声处理仪中,超声频率为20 KHz,进行超声分散处理2h,向反应瓶中加入22份三氯化铁和13份过硫酸钾,并置于低温冷却仪中,在0 ℃下匀速搅拌反应30 h,将溶液减压浓缩除去溶剂,使用适量的去离子水和乙醚洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料2。
实施例3
(1)制备改性碳纳米管组分3:向反应瓶中加入乙醇溶剂,依次加入羟基化碳纳米管和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷,两者质量比为23:1,将溶液置于水浴锅中加热至85℃,匀速搅拌反应18 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到改性碳纳米管组分3。
(2)制备纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料3:向反应瓶中加入适量的去离子水溶剂,加入(NH4)6Mo7O24、柠檬酸和改性碳纳米管组分3,三者质量比为13:1:4,将反应瓶置于超声处理仪中,加热至65 ℃,超声频率为22 KHz,进行超声分散处理1.5 h,将溶液转移进水热自动反应釜中,加热至175 ℃,匀速搅拌反应28 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,将固体产物置于电阻炉中,升温速率为8 ℃,在570 ℃下保温煅烧5 h,制备得到纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料3。
(3)制备吲哚甲酯噻吩衍生物3:向反应瓶中通入N2,依次加入甲苯溶剂、吲哚-4-羧酸、3-噻吩甲醇和催化剂对甲基苯磺酸(TsOH),三者物质的量摩尔比为1.1:1:0.08,将反应瓶置于油浴锅中加热至115 ℃,匀速搅拌回流反应22 h,反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程,当吲哚-4-羧酸反应完全后,将溶液减压浓缩除去溶剂,然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离,洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=1:2,将分离得到的含有产品的洗脱剂富集,并通过减压浓缩和真空抽滤蒸馏除去洗脱剂,制备得到吲哚甲酯噻吩衍生物3。
(4)制备导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料3:向反应瓶中通入N2,加入三氯甲烷和乙腈混合溶剂,两者体积比为3:1,再加入50份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料1和12吲哚甲酯噻吩衍生物3,将反应瓶置于超声处理仪中,超声频率为22 KHz,进行超声分散处理1.5 h,向反应瓶中加入24份三氯化铁和14份过硫酸钾,并置于低温冷却仪中,在-5 ℃下匀速搅拌反应32 h,将溶液减压浓缩除去溶剂,使用适量的去离子水和乙醚洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料3。
实施例4
(1)制备改性碳纳米管组分4:向反应瓶中加入乙醇溶剂,依次加入羟基化碳纳米管和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷,两者质量比为25:1,将溶液置于水浴锅中加热至90℃,匀速搅拌反应20 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到改性碳纳米管组分4。
(2)制备纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料4:向反应瓶中加入适量的去离子水溶剂,加入(NH4)6Mo7O24、柠檬酸和改性碳纳米管组分4,三者质量比为15:1:4,将反应瓶置于超声处理仪中,加热至70 ℃,超声频率为20 KHz,进行超声分散处理2 h,将溶液转移进水热自动反应釜中,加热至170 ℃,匀速搅拌反应30 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,将固体产物置于电阻炉中,升温速率为10 ℃,在550 ℃下保温煅烧5 h,制备得到纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料4。
(3)制备吲哚甲酯噻吩衍生物4:向反应瓶中通入N2,依次加入甲苯溶剂、吲哚-4-羧酸、3-噻吩甲醇和催化剂对甲基苯磺酸(TsOH),三者物质的量摩尔比为1.2:1:0.05,将反应瓶置于油浴锅中加热至120 ℃,匀速搅拌回流反应20 h,反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程,当吲哚-4-羧酸反应完全后,将溶液减压浓缩除去溶剂,然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离,洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=1:1,将分离得到的含有产品的洗脱剂富集,并通过减压浓缩和真空抽滤蒸馏除去洗脱剂,制备得到吲哚甲酯噻吩衍生物4。
(4)制备导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料4:向反应瓶中通入N2,加入三氯甲烷和乙腈混合溶剂,两者体积比为3:1,再加入45份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料4和13.5吲哚甲酯噻吩衍生物4,将反应瓶置于超声处理仪中,超声频率为25 KHz,进行超声分散处理1 h,向反应瓶中加入26份三氯化铁和15.5份过硫酸钾,并置于低温冷却仪中,在0 ℃下匀速搅拌反应35 h,将溶液减压浓缩除去溶剂,使用适量的去离子水和乙醚洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料4。
实施例5
(1)制备改性碳纳米管组分5:向反应瓶中加入乙醇溶剂,依次加入羟基化碳纳米管和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷,两者质量比为25:1,将溶液置于水浴锅中加热至90℃,匀速搅拌反应20 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到改性碳纳米管组分5。
(2)制备纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料5:向反应瓶中加入适量的去离子水溶剂,加入(NH4)6Mo7O24、柠檬酸和改性碳纳米管组分5,三者质量比为15:1:5,将反应瓶置于超声处理仪中,加热至70 ℃,超声频率为25 KHz,进行超声分散处理2 h,将溶液转移进水热自动反应釜中,加热至180 ℃,匀速搅拌反应30 h,将溶液冷却至室温,过滤除去溶剂,使用适量的去离子水洗涤固体产物,并充分干燥,将固体产物置于电阻炉中,升温速率为10 ℃,在580 ℃下保温煅烧5 h,制备得到纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料5。
(3)制备吲哚甲酯噻吩衍生物5:向反应瓶中通入N2,依次加入甲苯溶剂、吲哚-4-羧酸、3-噻吩甲醇和催化剂对甲基苯磺酸(TsOH),三者物质的量摩尔比为1.2:1:0.1,将反应瓶置于油浴锅中加热至120 ℃,匀速搅拌回流反应25 h,反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程,当吲哚-4-羧酸反应完全后,将溶液减压浓缩除去溶剂,然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离,洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=1:1,将分离得到的含有产品的洗脱剂富集,并通过减压浓缩和真空抽滤蒸馏除去洗脱剂,制备得到吲哚甲酯噻吩衍生物5。
(4)制备导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料5:向反应瓶中通入N2,加入三氯甲烷和乙腈混合溶剂,两者体积比为3:1,再加入40份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料1和15吲哚甲酯噻吩衍生物1,将反应瓶置于超声处理仪中,超声频率为25 KHz,进行超声分散处理2h,向反应瓶中加入28份三氯化铁和17份过硫酸钾,并置于低温冷却仪中,在-10 ℃下匀速搅拌反应35 h,将溶液减压浓缩除去溶剂,使用适量的去离子水和乙醚洗涤固体产物,并充分干燥,制备得到导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料5。
综上所述,该一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料及其制法,使用原位法使纳米α-MoO3均匀地分在碳纳米管的巨大的比表面和丰富层间距孔隙之间,形成纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,作为超级电容器电极材料的基体,避免了MoO3在电解液中分散不均匀,而团聚和结块的现象,增大了电极材料的电化学活性位点,并且碳纳米管具有优异的导电性,降低了电极材料的电荷迁移电阻,加速了电子在电极材料和电解液之间的扩散和传输,促进了电化学反应产生的正向进行,提高了超级电容器比容量和赝电容。
使用吲哚甲酯噻吩衍生物在纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料表面原位聚合形成聚(吲哚-噻吩)类聚合物,其具有优异的导电性能,并且聚合物分子之间存在大量的孔道结构,为电荷和金属离子提高了传输通道,促进了荷和金属离子和金属离子的传输过程,增强了超级电容器的倍率性能和电化学循环稳定性。
纳米α-MoO3中的Mo-O键极化效应增强,晶体结晶度较低,降低了MoO3内部的电荷转移电阻,使用硅烷偶联剂改性纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,增强了复合材料与聚(吲哚-噻吩)类聚合物的相容性,使导电聚合物更好地对复合材料进行包覆。

Claims (9)

1.一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料,包括以下按重量份数计的配方原料,其特征在于:40-58份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,10-15吲哚甲酯噻吩衍生物、20-28份三氯化铁、12-17份过硫酸钾。
2.根据权利要求1所述的一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料,其特征在于:所述纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料制备方法包括以下步骤:
(1)向乙醇溶剂中加入羟基化碳纳米管和硅烷偶联剂,将溶液加热至80-90 ℃,反应15-20 h,将溶液过滤、洗涤固体产物、干燥,制备得到改性碳纳米管。
(2)向去离子水溶剂中加入(NH4)6Mo7O24、柠檬酸和改性碳纳米管,将溶液在60-70 ℃,进行超声分散处理1-2 h,超声频率为20-25 KHz,将溶液转移进反应釜中,加热至170-180℃,反应25-30 h,将溶液过滤、洗涤固体产物、干燥,将固体产物置于电阻炉中,升温速率为5-10 ℃,在550-580 ℃下保温煅烧4-5 h,制备得到纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料。
3.根据权利要求2所述的纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,其特征在于:所述羟基化碳纳米管中羟基含量为5-6%。
4.根据权利要求2所述的纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,其特征在于:所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求2所述的纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,其特征在于:所述羟基化碳纳米管和硅烷偶联剂质量比为22-25:1。
6.根据权利要求2所述的纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料,其特征在于:所述(NH4)6Mo7O24、柠檬酸和改性碳纳米管,三者质量比为12-15:1:3-5。
7.根据权利要求1所述的一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料,其特征在于:所述吲哚甲酯噻吩衍生物制备方法包括以下步骤:
(1)向甲苯溶剂中加入吲哚-4-羧酸、3-噻吩甲醇和催化剂对甲基苯磺酸(TsOH),将溶液加热至110-120 ℃,在N2氛围下,匀速搅拌回流反应20-25 h。
(2)反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程,当吲哚-4-羧酸反应完全后,将溶液减压浓缩,浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离,洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=1:1-3,制备得到吲哚甲酯噻吩衍生物,反应方程式如下:
Figure 210140DEST_PATH_IMAGE001
8.根据权利要求7所述的吲哚甲酯噻吩衍生物,其特征在于:所述吲哚-4-羧酸、3-噻吩甲醇和对甲基苯磺酸,三者物质的量摩尔比为1-1.2:1:0.05-0.1。
9.根据权利要求1所述的一种导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料,其特征在于:所述导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料制备方法包括以下步骤:
(1)向体积比为2-3:1的三氯甲烷和乙腈混合溶剂中,加入40-58份纳米α-MoO3-碳纳米管复合材料和10-15吲哚甲酯噻吩衍生物,将溶液进行超声分散处理1-2 h,超声频率为20-25 KHz。
(2)向上述溶液加入20-28份三氯化铁和12-17份过硫酸钾,并置于低温冷却仪中,在N2氛围中,-10-0 ℃下反应30-35 h,将溶液除去溶剂、洗涤固体产物、干燥,制备得到导电聚合物包覆MoO3的超级电容器材料。
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