專利名稱：聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法。
背景技術(shù)：
在眾多聚合物中聚苯胺(PANI)由于合成簡單、空氣中較好的穩(wěn)定性、價格便宜、耐高溫及抗氧化性能良好，并有較高的電導(dǎo)和潛在的溶液、熔融加工可能性，易成膜且膜柔軟、堅韌和具有優(yōu)良的電致變色性等優(yōu)點，在日用商品及高科技等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景.聚苯胺的種種特性使其在電池、金屬防腐、印刷、軍事等領(lǐng)域具有極誘人的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是最有希望在實際中得到應(yīng)用的導(dǎo)電聚合物，但由于聚苯胺本身不具有電學(xué)性能，因此限制了其應(yīng)用。納米鎳粉是一種重要的磁性金屬材料，在磁存儲、醫(yī)療診斷、導(dǎo)電涂層、傳感器、催化以及充電電池等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。碳納米管(CNT)作為一種新型碳材料，碳納米管具有獨特的原子結(jié)構(gòu)，使其表現(xiàn)出金屬或半導(dǎo)體特性，利用這一特性，可以將碳納米管制成電極。碳納 米管的表面效應(yīng)，即直徑小、表面能高、原子配位不足，使其表面原子活性高，易與周圍的其他物質(zhì)發(fā)生電子傳遞作用，故在電催化和電分析化學(xué)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。用碳納米管修飾電極，可增強電極的活性，提高對H+等離子的選擇性。碳納米管所具備的特殊結(jié)構(gòu)和性能，使它成為理想的復(fù)合材料載體。因此將碳納米管、納米鎳粉和聚苯胺進行復(fù)合，可使聚苯胺具有較好的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決聚苯胺不具備電學(xué)性能的問題，提供了聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法。本發(fā)明聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，其特征在于聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法是按以下步驟實現(xiàn)的一、多壁碳納米管的純化處理取O. 5 1. 5g碳納米管加入40 70ml質(zhì)量百分含量為98%硫酸和10 30ml質(zhì)量百分含量為98%硝酸，在60°C下300r/min攪拌I 3h，冷卻至室溫，然后用蒸餾水抽濾洗滌7 9小時，最后50°C下真空烘干24h ；二、制備多壁碳納米管-納米鎳復(fù)合物取O. 5 Ig鎳鹽和O.1 O. 45g酸化的碳納米管，加入3ml 4ml濃度為O. 2mol/L的NaOH溶液和3 4ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的水合肼，攪拌均勻轉(zhuǎn)移至不銹鋼高壓反應(yīng)釜，120°C下反應(yīng)2 4h，然后用蒸餾水沖洗2小時，乙醇沖洗3 4次，再在50°C下真空烘干20 28h ；三、納米鎳-碳納米管-聚苯胺復(fù)合物的制備a.將O. 5 1. 5ml苯胺與12 15ml濃度為1. 5ml/L的鹽酸混合均勻，超聲震蕩3 6min，得到苯胺-鹽溶液；b、取O. 3 O. 5g納米鎳/碳納米管加入3 5ml甲苯混合,超聲9 IImin,得到B溶液；c、將B溶液置于三頸瓶中，加入70 80ml濃度為O. 2mol/L十二烷基苯磺酸鈉溶液，超聲9 llmin，形成溶液C ;d、將苯胺-鹽溶液恒壓漏斗以2 4秒每滴的速度滴加到C溶液中，超聲10 20min，形成乳液；e、按苯胺與過硫酸銨摩爾比為1:1配置過硫酸銨溶液10 12ml，然后加入到乳液中，在溫度O 5°C條件下,反應(yīng)4 6h ;然后用5 6ml丙酮破乳,之后用乙醇抽濾洗滌半小時，蒸餾水抽濾沖洗I小時，50°C真空干燥20 28h。本發(fā)明的方法簡單，制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料空氣中有較好的穩(wěn)定性，同時具有良好的電學(xué)性能；本發(fā)明制備的納米鎳粒徑均勻，成圓球型，與碳納米管化學(xué)鍵連接，化學(xué)性能穩(wěn)定；.碳納米管表面上的含氧基團提供了大量連接金屬鎳的結(jié)合點，同時，其有效的將鎳納米粒子的尺寸控制在60nm左右，能均勻的分布碳納米管表面。


圖1是試驗制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的XRD圖；圖2是試驗制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的SEM圖；圖3是試驗制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的循環(huán)伏安圖；其中a為氧化峰，b為還原峰；圖4是試驗制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的交流阻抗圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，其特征在于聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法是按以下步驟實現(xiàn)的一、多壁碳納米管的純化處理取O. 5 1. 5g碳納米管加入40 70ml質(zhì)量百分含量為98%硫酸和10 30ml質(zhì)量百分含量為98%硝酸，在60°C下300r/min攪拌I 3h，冷卻至室溫，然后用蒸餾水抽濾洗滌7 9小時，最后50°C下真空烘干24h ；二、制備多壁碳納米管-納米鎳復(fù)合物取O. 5 Ig鎳鹽和O.1 O. 45g酸化的碳納米管，加入3ml 4ml 濃度為O. 2mol/L的NaOH溶液和3 4ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的水合肼，攪拌均勻轉(zhuǎn)移至不銹鋼高壓反應(yīng)釜，120°C下反應(yīng)2 4h，然后用蒸餾水沖洗2小時，乙醇沖洗3 4次，再在50°C下真空烘干20 28h ；三、納米鎳-碳納米管-聚苯胺復(fù)合物的制備a.將O. 5 1. 5ml苯胺與12 15ml濃度為1. 5ml/L的鹽酸混合均勻，超聲震蕩3 6min，得到苯胺-鹽溶液；b、取O. 3
O.5g納米鎳/碳納米管加入3 5ml甲苯混合,超聲9 IImin,得到B溶液；c、將B溶液置于三頸瓶中，加入70 80ml濃度為O. 2mol/L十二烷基苯磺酸鈉溶液，超聲9 llmin，形成溶液C ;d、將苯胺-鹽溶液恒壓漏斗以2 4秒每滴的速度滴加到C溶液中，超聲10 20min，形成乳液；e、按苯胺與過硫酸銨摩爾比為1:1配置過硫酸銨溶液10 12ml，然后加入到乳液中，在溫度O 5°C條件下,反應(yīng)4 6h ;然后用5 6ml丙酮破乳,之后用乙醇抽濾洗滌半小時，蒸餾水抽濾沖洗I小時，50°C真空干燥20 28h。本實施方式的方法簡單，制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料空氣中有較好的穩(wěn)定性，同時具有良好的電學(xué)性能；本實施方式制備的納米鎳粒徑均勻，成圓球型，與碳納米管化學(xué)鍵連接，化學(xué)性能穩(wěn)定；.碳納米管表面上的含氧基團提供了大量連接金屬鎳的結(jié)合點，同時，其有效的將鎳納米粒子的尺寸控制在60nm左右，能均勻的分布碳納米管表面。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中用蒸餾水抽濾洗漆8h。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中120°C下反應(yīng)3h。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中在50°C下真空烘干24h。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟a中將Iml苯胺與14ml濃度為1. 5ml/L的鹽酸混合均勻。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟b中取
0.4g納米鎳/碳納米管加入4ml甲苯混合。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟d中的滴加速度為3秒每滴。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟e中反應(yīng)5h。其它與具體實施方式
一至五之一相同。通過以下試驗驗證本發(fā)明的有益效果試驗、本試驗聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，是按以下步驟實現(xiàn)的一、多壁碳納米管的純化處理取Ig碳納米管加入40 70ml質(zhì)量百分含量為98%硫酸和10 30ml質(zhì)量百分含量為98%硝酸，在60°C下300r/min攪拌2h，冷卻至室溫，然后用蒸餾水抽濾洗滌8小時，最后50°C下真空烘干24h ；二、制備多 壁碳納米管-納米鎳復(fù)合物取O. 7g鎳鹽和O. 25g酸化的碳納米管，力口入3. 5ml濃度為O. 2mol/L的NaOH溶液和3. 5ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的水合肼，攪拌均勻轉(zhuǎn)移至不銹鋼高壓反應(yīng)釜，120°C下反應(yīng)3h，然后用蒸餾水抽濾沖洗2小時，乙醇抽濾沖洗4次，再在50°C下真空烘干24h;三、納米鎳-碳納米管-聚苯胺復(fù)合物的制備a.將Iml苯胺與14ml濃度為
1.5ml/L的鹽酸混合均勻,超聲震蕩5min,得到苯胺-鹽溶液；b、取O. 4g納米鎳/碳納米管加入4ml甲苯混合，超聲lOmin，得到B溶液；c、將B溶液置于三頸瓶中，加入75ml濃度為O. 2mol/L十二烷基苯磺酸鈉溶液，超聲lOmin，形成溶液C ;d、將苯胺-鹽溶液恒壓漏斗以3秒每滴的速度滴加到C溶液中，超聲15min，形成乳液；e、按苯胺與過硫酸銨摩爾比為1:1配置過硫酸銨溶液11ml，然后加入到乳液中，在溫度O 5°C條件下，反應(yīng)5h ;然后用5. 5mL丙酮破乳，之后用乙醇抽濾沖洗半小時，蒸餾水抽濾沖洗I小時，50°C真空干燥20 28h。對本試驗制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法進行XRD測試，結(jié)果如圖1所示，，由圖1可知摻雜量的聚苯胺都表現(xiàn)出較寬的衍射峰，分別出現(xiàn)在2Θ =15° ,20°以及25°的位置上。2 Θ值為26. 28°處有很強的衍射峰，峰形較為尖銳，半峰寬較小，為CNTs的特征峰，對應(yīng)于CNTs的(002)晶面。同時制備出了純凈的納米鎳粒子，沒有其他鎳的氧化物雜質(zhì)。對本試驗制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法進SEM測試，結(jié)果如圖2所示，由圖2可知以納米鎳/碳納米管復(fù)合物為模版，生成纖維狀結(jié)構(gòu)，在SEM圖中可與看到纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)以及孔隙狀結(jié)構(gòu)生成，這種結(jié)構(gòu)有利于改善參透性，從而有更好的電解質(zhì)儲存能力以及更多電化學(xué)反應(yīng)活性位點，有利于提高電容值。對本試驗制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法進行循環(huán)伏安測試，結(jié)果如圖3所示，a為氧化峰，b為還原峰；從圖3可明顯的看到氧化還原峰，表現(xiàn)出贗電容型電容器的典型特征。對本試驗制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法進行交流阻抗測試，結(jié)果如圖4所示，由圖4可知在開路電壓下，復(fù)合材料中的PANI處于半氧化半還原狀態(tài)，高頻區(qū)阻抗半圓很小，表明電化學(xué)傳荷電阻很小，電化學(xué)活性較高。在中頻區(qū)可以看到，交流阻抗曲線都呈45°，這是離子向電極中快速擴散的特征，這個結(jié)果與循環(huán)伏安的測試結(jié)果相印證，說明材料在堿性體系中可以直接發(fā)生有電荷傳遞的氧化還原反應(yīng)。低頻區(qū)域出現(xiàn)的直線是電極具有電容特性的表現(xiàn)。`
權(quán)利要求
1.聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，其特征在于聚苯胺/碳納米管/ 納米鎳粉體材料的制備方法是按以下步驟實現(xiàn)的一、多壁碳納米管的純化處理取O. 5 1.5g碳納米管加入40 70ml質(zhì)量百分含量為98%硫酸和10 30ml質(zhì)量百分含量為98% 硝酸，在60°C下300r/min攪拌I 3h,冷卻至室溫,然后用蒸懼水抽濾洗漆7 9小時,最后50°C下真空烘干24h ;二、制備多壁碳納米管-納米鎳復(fù)合物取O. 5 Ig鎳鹽和O.1 O.45g酸化的碳納米管，加入3ml 4ml濃度為O. 2mol/L的NaOH溶液和3 4ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的水合肼，攪拌均勻轉(zhuǎn)移至不銹鋼高壓反應(yīng)釜，120°C下反應(yīng)2 4h，然后用蒸餾水沖洗2小時，乙醇沖洗3 4次，再在50°C下真空烘干20 28h ;三、納米鎳-碳納米管-聚苯胺復(fù)合物的制備a.將O. 5 1. 5ml苯胺與12 15ml濃度為1. 5ml/L的鹽酸混合均勻， 超聲震蕩3 6min，得到苯胺-鹽溶液；b、取O. 3 O. 5g納米鎳/碳納米管加入3 5ml 甲苯混合，超聲9 llmin，得到B溶液；c、將B溶液置于三頸瓶中，加入70 80ml濃度為O.2mol/L十二烷基苯磺酸鈉溶液，超聲9 llmin，形成溶液C ;d、將苯胺-鹽溶液恒壓漏斗以2 4秒每滴的速度滴加到C溶液中，超聲10 20min，形成乳液；e、按苯胺與過硫酸銨摩爾比為1:1配置過硫酸銨溶液10 12ml，然后加入到乳液中，在溫度O 5°C條件下，反應(yīng)4 6h ;然后用5 6ml丙酮破乳,之后用乙醇抽濾洗漆半小時，蒸懼水抽濾沖洗I 小時，50°C真空干燥20 28h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，其特征在于步驟一中用蒸餾水抽濾洗滌8h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，其特征在于步驟二中120°C下反應(yīng)3h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，其特征在于步驟二中在50°C下真空烘干24h。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，其特征在于步驟a中將Iml苯胺與14ml濃度為1. 5ml/L的鹽酸混合均勻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，其特征在于步驟b中取O. 4g納米鎳/碳納米管加入4ml甲苯混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，其特征在于步驟d中的滴加速度為3秒每滴。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聚苯胺于步驟e中反應(yīng)5h。/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，其特征在
全文摘要
聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法，它涉及聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料的制備方法。本發(fā)明是要解決聚苯胺不具有電學(xué)性能的問題，制備方法為一、多壁碳納米管的純化處理；二、制備多壁碳納米管-納米鎳復(fù)合物；三、納米鎳-碳納米管-聚苯胺復(fù)合物的制備。本發(fā)明的方法簡單，制備的聚苯胺/碳納米管/納米鎳粉體材料空氣中有較好的穩(wěn)定性，同時具有良好的電學(xué)性能。本發(fā)明應(yīng)用于催化劑和電容器材料等領(lǐng)域。
文檔編號C08K7/00GK103044681SQ20131001744
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者趙東宇, 郭巧鳳, 王覃, 韓春華 申請人:黑龍江大學(xué)