一種高比電容聚吡咯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚吡咯制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以乙二酸為摻雜劑，通過(guò)化學(xué)氧化聚合制備高比電容聚吡咯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚吡咯作為導(dǎo)電高聚合物的一種，由于其具有較高的電導(dǎo)率，良好的化學(xué)、環(huán)境穩(wěn)定性以及獨(dú)特的氧化還原機(jī)理等特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于傳感器、防腐材料、先進(jìn)電池的儲(chǔ)能材料等領(lǐng)域。在超級(jí)電容器領(lǐng)域中，聚吡咯由于具有環(huán)保、成本低、合成簡(jiǎn)單以及高度可逆的摻雜/脫摻雜性能，得到了人們的大力研宄。
[0003]常用的合成聚吡咯的方法主要有電化學(xué)合成法以及化學(xué)合成法。與合成量較低的電化學(xué)方法相比，化學(xué)合成法具有成本低、產(chǎn)量高的優(yōu)勢(shì)。目前，純聚吡咯的比電容一般保持在200~400F/g。Yang等通過(guò)界面聚合的方法合成出的聚吡咯，在掃描速率為25mV/s的條件下，比電容達(dá)到 261 F/go (Yang Q, Hou Z, Huang T.Self -assembled polypyrrolefilm by interfacial polymerizat1n for supercapacitor applicat1ns[J].Journalof Applied Polymer Science, 2015, 132 (11).) Xu等通過(guò)聚卩比略與羧甲基纖維素鈉復(fù)合，在鹽酸的摻雜條件下，制備的電極材料，在電流密度為0.25A/g的測(cè)試條件下，比電容為 184F/g。(Xu Y, Zhang Y.Synthesis of polypyrrole/sodium carboxymethylcellulose nanospheres with enhanced supercapacitor performance[J].MaterialsLetters, 2015, 139: 145-148.)
因此合成出高比電容的聚吡咯，對(duì)于其在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大的意義。本發(fā)明以乙二酸為聚吡咯的摻雜劑，過(guò)硫酸銨作為氧化引發(fā)劑，通過(guò)化學(xué)氧化聚合的方法合成聚吡咯。吡咯單體與乙二酸的摩爾比為1:3時(shí)，制備的聚吡咯(PPyl73)具有最高的比電容，在0.2A/g的電流密度的測(cè)試條件下，其比電容達(dá)到了 744.38 F/g?

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高比電容聚吡咯的制備方法。該方法利用乙二酸作為摻雜劑，通過(guò)化學(xué)氧化聚合的方法制備出具有高比電容的聚吡咯。
[0005]具體步驟為:
(I)按摩爾比稱取吡咯和乙二酸，吡咯與乙二酸的摩爾比為10:1、5:1、3:1、1: 1、1:3和1:5中的一種，其中吡咯為0.5毫升。
[0006](2)將步驟(I)稱取的乙二酸分散于50毫升的去離子水中，隨后，將其倒入250mL的燒瓶中，在冰水浴中攪拌20分鐘，然后將步驟(I)稱取的吡咯也注入上述燒瓶中，在冰水浴中繼續(xù)攪拌30分鐘。
[0007](3)稱量1.64815克的過(guò)硫酸銨溶解于30毫升的去離子水中，超聲溶解后逐滴加入到步驟(2)的燒瓶中，在冰水浴中聚合反應(yīng)8個(gè)小時(shí)。
[0008](4)反應(yīng)結(jié)束后用去離子水和無(wú)水乙醇抽濾洗滌至中性，50°C干燥24個(gè)小時(shí)，研磨后即制得聚吡咯PPy。
[0009]本發(fā)明方法優(yōu)選吡咯與乙二酸的摩爾比為1:3時(shí)，制備的聚吡咯具有最高的比電容。
[0010]本發(fā)明方法采用乙二酸作為摻雜劑，通過(guò)化學(xué)氧化法制備了由納米顆粒組成的鏈狀聚吡咯。通過(guò)改變吡咯單體與乙二酸的摩爾比，制備了不同形貌的鏈狀聚吡咯。操作簡(jiǎn)單，易于大規(guī)模推廣。同時(shí)，對(duì)所制備的鏈狀聚吡咯通過(guò)電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，結(jié)果表明當(dāng)吡咯與乙二酸的摩爾比為1:3時(shí)，所制得的聚吡咯，在電流密度為0.2A/g的測(cè)試條件下，比電容達(dá)到了 744.38 F/g，遠(yuǎn)大于200~400F/g。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例5制備的聚吡咯(PPy1/3)在放大倍數(shù)為4K時(shí)的SEM圖。
[0012]圖2是本發(fā)明實(shí)施例5制備的聚吡咯(PPy1/3)在放大倍數(shù)為35K時(shí)的SEM圖。
[0013]圖3是未加乙二酸的聚吡咯與本發(fā)明實(shí)施例1~6制備的聚吡咯在電流密度為0.2A/g的測(cè)試條件下的GCD曲線，其中(a)為未加乙二酸的PPy，(b)為實(shí)施例1制備的PPy10, (C)為實(shí)施例2制備的PPy5，(d)為實(shí)施例3制備的PPy3，(e)為實(shí)施例4制備的PPy1,(f)為實(shí)施例5制備的PPy1/3，(g)為實(shí)施例6制備的PPy1/5。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:
(I)按摩爾比稱取吡咯和乙二酸，吡咯與乙二酸的摩爾比為10:1，其中吡咯為0.5毫升，乙二酸為0.0909克。
[0015](2)將步驟(I)稱取的乙二酸分散于50毫升的去離子水中，隨后，將其倒入250mL的燒瓶中，在冰水浴中攪拌20分鐘，然后將步驟(I)稱取的吡咯也注入上述燒瓶中，在冰水浴中繼續(xù)攪拌30分鐘。
[0016](3)稱量1.64815克的過(guò)硫酸銨溶解于30毫升的去離子水中，超聲溶解后逐滴加入到步驟(2)的燒瓶中，在冰水浴中聚合反應(yīng)8個(gè)小時(shí)。
[0017](4)反應(yīng)結(jié)束后用去離子水和無(wú)水乙醇抽濾洗滌至中性，50°C干燥24個(gè)小時(shí)，研磨后即制得聚吡咯PPyltl。
[0018]實(shí)施例2:
(I)按摩爾比稱取吡咯和乙二酸，吡咯與乙二酸的摩爾比為5:1，其中吡咯為0.5毫升，乙二酸為0.1810克。
[0019](2)將步驟(I)稱取的乙二酸分散于50毫升的去離子水中，隨后，將其倒入250mL的燒瓶中，在冰水浴中攪拌20分鐘，然后將步驟(I)稱取的吡咯也注入上述燒瓶中，在冰水浴中繼續(xù)攪拌30分鐘。
[0020](3)稱量1.64815克的過(guò)硫酸銨溶解于30毫升的去離子水中，超聲溶解后逐滴加入到步驟(2)的燒瓶中，在冰水浴中聚合反應(yīng)8個(gè)小時(shí)。
[0021](4)反應(yīng)結(jié)束后用去離子水和無(wú)水乙醇抽濾洗滌至中性，50°C干燥24個(gè)小時(shí)，研磨后即制得聚吡咯PPy5。
[0022]實(shí)施例3: (I)按摩爾比稱取吡咯和乙二酸，吡咯與乙二酸的摩爾比為3:1，其中吡咯為0.5毫升，乙二酸為0.3030克。
[0023](2)將步驟(I)稱取的乙二酸分散于50毫升的去離子水中，隨后，將其倒入250mL的燒瓶中，在冰水浴中攪拌20分鐘，然后將步驟(I)稱取的吡咯也注入上述燒瓶中，在冰水浴中繼續(xù)攪拌30分鐘。
[0024](3)稱量1.64815克的過(guò)硫酸銨溶解于30毫升的去離子水中，超聲溶解后逐滴加入到步驟(2)的燒瓶中，在冰水浴中聚合反應(yīng)8個(gè)小時(shí)。
[0025](4)反應(yīng)結(jié)束后用去離子水和無(wú)水乙醇抽濾洗滌至中性，50°C干燥24個(gè)小時(shí)，研磨后即制得聚吡咯PPy3。
[0026]實(shí)施例4:
(I)按摩爾比稱取吡咯和乙二酸，吡咯與乙二酸的摩爾比為1: 1，其中吡咯為0.5毫升，乙二酸為0.9090克。
[0027](2)將步驟(I)稱取的乙二酸分散于50毫升的去離子水中，隨后，將其倒入250mL的燒瓶中，在冰水浴中攪拌20分鐘，然后將步驟(I)稱取的吡咯也注入上述燒瓶中，在冰水浴中繼續(xù)攪拌30分鐘。
[0028](3)稱量1.64815克的過(guò)硫酸銨溶解于30毫升的去離子水中，超聲溶解后逐滴加入到步驟(2)的燒瓶中，在冰水浴中聚合反應(yīng)8個(gè)小時(shí)。
[0029](4)反應(yīng)結(jié)束后用去離子水和無(wú)水乙醇抽濾洗滌至中性，50°C干燥24個(gè)小時(shí)，研磨后即制得聚吡咯PPyp
[0030]實(shí)施例5:
(I)按摩爾比稱取吡咯和乙二酸，吡咯與乙二酸的摩爾比為1: 3，其中吡咯為0.5毫升，乙二酸為2.7300克。
[0031](2)將步驟(I)稱取的乙二酸分散于50毫升的去離子水中，隨后，將其倒入250mL的燒瓶中，在冰水浴中攪拌20分鐘，然后將步驟(I)稱取的吡咯也注入上述燒瓶中，在冰水浴中繼續(xù)攪拌30分鐘。
[0032](3)稱量1.64815克的過(guò)硫酸銨溶解于30毫升的去離子水中，超聲溶解后逐滴加入到步驟(2)的燒瓶中，在冰水浴中聚合反應(yīng)8個(gè)小時(shí)。
[0033](4)反應(yīng)結(jié)束后用去離子水和無(wú)水乙醇抽濾洗滌至中性，50°C干燥24個(gè)小時(shí)，研磨后即制得聚吡咯PPy 1/3。
[0034]實(shí)施例6:
(I)按摩爾比稱取吡咯和乙二酸，吡咯與乙二酸的摩爾比為1: 5，其中吡咯為0.5毫升，乙二酸為4.5400克。
[0035](2)將步驟(I)稱取的乙二酸分散于50毫升的去離子水中，隨后，將其倒入250mL的燒瓶中，在冰水浴中攪拌20分鐘，然后將步驟(I)稱取的吡咯也注入上述燒瓶中，在冰水浴中繼續(xù)攪拌30分鐘。
[0036](3)稱量1.64815克的過(guò)硫酸銨溶解于30毫升的去離子水中，超聲溶解后逐滴加入到步驟(2)的燒瓶中，在冰水浴中聚合反應(yīng)8個(gè)小時(shí)。
[0037](4)反應(yīng)結(jié)束后用去離子水和無(wú)水乙醇抽濾洗滌至中性，50°C干燥24個(gè)小時(shí)，研磨后即制得聚吡咯PPy 1/5。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高比電容聚吡咯的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)按摩爾比稱取吡咯和乙二酸，吡咯與乙二酸的摩爾比為10:1、5:1、3:1、1:1、1:3和1:5中的一種，其中吡咯為0.5毫升； (2)將步驟(I)稱取的乙二酸分散于50毫升的去離子水中，隨后，將其倒入250mL的燒瓶中，在冰水浴中攪拌20分鐘，然后將步驟(I)稱取的吡咯也注入上述燒瓶中，在冰水浴中繼續(xù)攪拌30分鐘； (3)稱量1.64815克的過(guò)硫酸銨溶解于30毫升的去離子水中，超聲溶解后逐滴加入到步驟(2)的燒瓶中，在冰水浴中聚合反應(yīng)8個(gè)小時(shí)； (4)反應(yīng)結(jié)束后用去離子水和無(wú)水乙醇抽濾洗滌至中性，50°C干燥24個(gè)小時(shí)，研磨后即制得聚吡咯。
2.如權(quán)利要求1所述的高比電容聚吡咯的制備方法，其特征在于吡咯與乙二酸的摩爾比為1:3。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高比電容聚吡咯的制備方法。該方法以乙二酸（oxalic acid）為聚吡咯（polypyrrole，簡(jiǎn)稱PPy）的摻雜劑，過(guò)硫酸銨作為氧化引發(fā)劑，通過(guò)化學(xué)氧化聚合的方法合成聚吡咯。通過(guò)改變吡咯單體與乙二酸的含量，可以制備出不同形貌的聚吡咯，經(jīng)過(guò)對(duì)比及優(yōu)化方案，確定了當(dāng)吡咯單體與乙二酸的摩爾比為1:3時(shí)，制備的聚吡咯（PPy1/3）具有最高的比電容，在0.2A/g的電流密度的測(cè)試條件下，其比電容可達(dá)744.38F/g。
【IPC分類】C08G73-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104672447
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510086273
【發(fā)明人】樊新, 楊哲偉, 劉錚
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月21日