本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種三維網(wǎng)狀聚苯胺/酚醛樹脂基碳球復合材料及其制備方法，其制備過程包括如下步驟：首先將苯胺(AN)單體經(jīng)2次減壓蒸餾進行提純后，將試劑保存在2?oC的條件下；在?5~5oC條件下，制備實心結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂微球(RFC)。稱取0.02~0.08?g?RFC，放置于50?mL新配置的1~4?mol?L?1硫酸溶液中，超聲5?min后放入?5~5oC冷浴中攪拌1?h；向上述反應液中用移液管溶液中緩慢滴加0.05~0.2?mL苯胺；攪拌1h后，稱取0.2~0.5g過硫酸銨溶于20?mL去離子水中，以1?d?s?1的速度進行滴加，反應24?h后，抽濾，用水和乙醇交替進行抽濾，直到抽濾后的水溶液呈中性，將樣品在40?oC烘箱中烘干12?h。本發(fā)明專利技術(shù)制備方法簡單，形貌獨特，電性能優(yōu)異。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種超級電容器電極材料的制備方法，具體涉及一種三維網(wǎng)狀聚苯/酚醛樹脂基碳球復合材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
超級電容器(SC)具有節(jié)能環(huán)保、快速充放電、使用壽命長、循環(huán)次數(shù)多、儲電密度大等優(yōu)點，逐漸成為人們廣泛研究的新型儲能器件。通常制備SC的電極材料包括碳材料、金屬氧化物材料和導電聚合物材料等，而影響SC電性能的主要原因是電極材料的選用。目前，人們逐漸認可了導電高分子材料在電極、電容器等器件中的強大作用，例如聚苯胺(Polyanilne，PANI)擁有較多的優(yōu)點：①制備條件簡單、操作方便；②理論比電容高；③穩(wěn)定性好，不易在環(huán)境中變性，因此，PANI越來越受到人們的關(guān)注。盡管PANI具有上述所提到的多種優(yōu)點，但其機械性能較差，在長期的循環(huán)測試之后穩(wěn)定性差，這大大限制了其在SC材料中的應用。為了克服PANI的缺點，人們將PANI和碳材料復合，這是由于碳材料與PANI相比具有較好的機械性能，良好的循環(huán)穩(wěn)定性，有利于促進電解液離子的遷移。兩者優(yōu)勢互補，在充放電過程中發(fā)生協(xié)同作用，制備的SC性能穩(wěn)定、優(yōu)異。Wu等人采用原位聚合法將PANI與多壁碳納米管復合，獲得的復合材料比電容較高(WuW, Li Y, Yang L, et al. Preparation and characterization of coaxialmultiwalled carbon nanotubes/polyaniline tubular nanocomposites forelectrochemical energy storage in the presence of sodium alginate [J].Synthetic Metals, 2014, 193 (8):48-57. )。Fan等采用恒電位法將PANI沉積到碳材料的表面，復合材料的比電容也有提高(Fan L Z, Hu Y S, Maier J, et al. Highelectroactivity of polyaniline in supercapacitors by using a hierarchicallyporous carbon monolith as a support [J]. Advanced Functional Materials, 2007,17 (17): 3083-3087.)。Kong等人研究了溶液聚合法在碳納米管/聚苯胺復合材料(MWCNT/PANI)制備過程中的應用，制得材料的比電容可達到224 F g-1(Kong L B, Zhang J, An JJ, et al., MWNTs/PANI composite materials prepared by in-situ chemicaloxidative polymerization for supercapacitor electrode [J]. J Mater. Sci.,2008, 43 (10): 3664-3669.)。Tan等人用化學氧化法將PANI復合到碳球的表面，經(jīng)復合后材料的比電容高于復合前(Tan Y T, Ran F, Kong L B, et al. Polyanilinenanoparticles grown on the surface of carbon microspheres aggregations forelectrochemical supercapacitors [J]. Synthetic Metals, 2012,162 (1-2): 114–118.)。研究結(jié)果表明，PANI循環(huán)穩(wěn)定性較差，碳材料的加入能夠有效地控制PANI的形貌并起到一定的分散作用，作為SC電極材料能夠得到更高效的利用價值。本專利技術(shù)制備了一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚苯胺/酚醛樹脂基碳球復合材料(PRFC)，同純PANI和酚醛樹脂基碳球相比，能夠更有效地提高其作為SC電極材料的電容性能和倍率性能，且此結(jié)構(gòu)新穎，制備方法簡單實用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)在冷浴條件下通過原位聚合反應制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的PRFC，提供了一種簡單實用的制備方法。一種聚苯胺/酚醛樹脂基碳球復合材料，其是實心結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂基碳球被線型聚苯胺均勻纏繞而成的一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本專利技術(shù)制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的PRFC，其制備過程包括如下步驟：a. 將苯胺(AN)單體經(jīng)2次減壓蒸餾進行提純后，將試劑保存在2 oC條件下；b．稱取0.2g間苯二酚，加入28mL去離子水，置于-5~5oC條件下，攪拌均勻后加入0.54mL甲醛溶液和0.3mL氨水，反應24h后對反應液進行冷凍干燥；將干燥完的樣品在600~800oC的管式爐中碳化1h，保存待用，樣品標記為RFC。c．稱取0.02~0.08 g RFC，加入50 mL新配置的1~4 mol L-1硫酸溶液，超聲5 min后放入-5~5oC冷浴中攪拌1 h；d．向上述反應液中用移液管向溶液中緩慢滴加0.05~0.2 mL苯胺；e．攪拌1h后，稱取0.2~0.5g過硫酸銨溶于20 mL去離子水中，以1 d s-1的速度向上述反應液中進行滴加，反應24 h后，抽濾，用水和乙醇交替進行抽濾，直到抽濾后的水溶液呈中性，將樣品在40 oC烘箱中烘干12 h。所述步驟b中反應溫度為0 oC；所述步驟b中碳化溫度為700 oC；所述步驟c中的間苯二酚用量為0.05g；所述步驟c中的硫酸溶液的濃度為3mol L-1；所述步驟c中反應溫度為0 oC；所述步驟d中的苯胺用量為0.1 mL；所述步驟e中過硫酸銨的量為0.342g；跟現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點：（1）本專利技術(shù)以實心結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂為碳材料基體，在冷浴條件下在過硫酸銨的引發(fā)下進行原位聚合反應，成功將線性聚苯胺纏繞在了酚醛樹脂碳球的表面，形成了一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)提高了復合材料的導電性能，有利于電解液離子的嵌入和脫出，增大了比表面積，作為超級電容器電極材料具有潛在的應用價值；（2）本專利技術(shù)工藝簡單，適合規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。附圖說明圖1為實施例1所制備聚苯胺/酚醛樹脂復合材料的（SEM）圖像。圖2為對比例1所制備的單純聚苯胺的 (SEM)圖像。圖3為對比例2所制備的實心結(jié)構(gòu)酚醛樹脂的（SEM）圖像。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進一步闡述，這些實施例只是為了闡述本專利技術(shù)的技術(shù)方案而不能視為對本專利技術(shù)權(quán)利要求內(nèi)容的限制。實施例中所用原料均為常規(guī)市購產(chǎn)品；所用設備均為常規(guī)設備；測試方法均為常規(guī)方法。本專利技術(shù)所制備樣品的掃描電鏡照片由掃描電子顯微鏡(SEM, 德國bruker公司生產(chǎn)，型號為Hitachi S-4800，加速電壓為5 kV)檢測獲得。實施例1（1） 將苯胺(AN)單體經(jīng)2次減壓蒸餾進行提純后，將試劑保存在2 oC條件下；（2）稱取0.2 g間苯二酚，加入28 mL去離子水，置于0 oC條件下，攪拌均勻后加入0.54mL甲醛溶液和0.3 mL氨水，反應24 h后對反應液進行冷凍干燥；將干燥完的樣品在700 oC的管式爐中碳化1h，保存待用，樣品標記為。（3）稱取0.05g RFC，加入50 mL新配置的3mol L-1硫酸溶液，超聲5 min后放入0 oC冷浴中攪拌1 h；（4）本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種三維網(wǎng)狀聚苯胺/酚醛樹脂基碳球復合材料，其特征在于，實心結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂基碳球被線型聚苯胺均勻纏繞成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種三維網(wǎng)狀聚苯胺/酚醛樹脂基碳球復合材料，其特征在于，實心結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂基碳球被線型聚苯胺均勻纏繞成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2.一種權(quán)利要求1所述的三維網(wǎng)狀聚苯胺/酚醛樹脂基碳球復合材料的制備方法，包括步驟如下：(1)將苯胺單體經(jīng)2次減壓蒸餾進行提純后，將試劑保存在2 oC的條件下；(2)稱取0.2g間苯二酚，加入28mL去離子水，置于-5~5oC條件下，攪拌均勻后加入0.54mL甲醛溶液和0.3mL氨水，反應24h后對反應液進行冷凍干燥；將干燥完的樣品在600~800oC的管式爐中碳化1h，保存待用，樣品為實心結(jié)構(gòu)酚醛樹脂；(3)稱取0.02~0.08 g實心結(jié)構(gòu)酚醛樹脂，加入50 mL新配置的1~4 mol L-1硫酸溶液，超聲5 min后放入-5~5oC冷浴中攪拌1 h；(4)向上述反應液中用移液管緩慢滴加0.05~0.2 mL苯胺；(5)攪拌1h后，稱取0.2~0.5g過硫酸銨溶于20 mL去離子水中，向上述反應液中以1 d s-1的速度進行滴加，反應24 h后，抽濾，用水和乙醇交替進行抽濾，直到抽濾后的水溶液呈中...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李梅，常曉慶，
申請(專利權(quán))人：齊魯工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37
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